đồ án chuyên ngành thiết kế anten vi dải bằng phần mềm ansolf hfss

1.2.2. Anten vi dải
1.2.2.1. Giới thiệu chung
Khái niệm anten vi dải lần đầu tiên được đưa ra bởi Deschamps vào năm 1953, Gutton
và Bassinot vào năm 1955. Tuy nhiên mãi tới tận năm 1972 người ta mới đi vào chế tạo
các anten vi dải, bởi vì thời điểm này mới xuất hiện chất nền có các đặc tính tốt. Như
được chỉ ra trong hình 1.13, anten vi dải với cấu hình đơn giản nhất bao gồm một patch
phát xạ nằm trên một mặt của chất nền điện môi (εr<=10), mặt kia của chất nền là mặt
phẳng đất. Patch là vật dẫn điện, thông thường là đồng hay vàng, có thể có hình dạng bất
kỳ, nhưng các hình dạng thông thường nói chung được sử dụng nhiều. Hằng số điện môi
của chất nền đóng vai trò quan trọng nhất đối với hoạt động của anten. Nó ảnh hưởng đến
trở kháng đặc tính, tần số cộng hưởng, băng thông và hiệu suất của anten.
Ưu điểm của anten vi dải f
Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ, có cấu trúc phẳng nên dễ dàng chế tạo.
• Giá thành sản xuất thấp, phù hợp cho nhiều ứng dụng.
• Dễ dàng được gắn lên các đối tượng khác.
• Có thể tạo ra các phân cực tròn, tuyến tính chỉ đơn giản bằng cách thay đổi
phương pháp tiếp điện.
• Dễ dàng chế tạo các anten có thể hoạt động với nhiều dải tần.
• Mạng phối hợp trở kháng và đường tiếp điện có thể được in cùng với cấu trúc
anten.
Nhược điểm của anten vi dải
• Băng thông nhỏ (chỉ ~ 0.5 tới 10%).
• Hầu hết anten vi dải bức xạ trong nửa không gian.
• Giới hạn độ tăng ích cực đại (~ 20 dB).
• Hiệu suất bức xạ kém.
• Xuất hiện các sóng mặt.
• Công suất cho phép thấp.
1.2.2.2. Một số loại anten vi dải cơ bản
Anten patch vi dải Anten có patch vi dải (microstrip patch antenna, MPA)
bao gồm một patch dẫn điện có hình dạng phẳng hay không phẳng trên một
mặt của một chất nền điện môi, và mặt phẳng đất trên mặt còn lại của chất

nền. Các cấu hình cơ bản mà được sử dụng trong thực tế được chỉ ra trong
hình 1.14(a).

Anten khe mạch in
Các anten khe mạch in (printed slot antenna) có một khe được cắt trên mặt kim loại.
Khe này có thể có bất kỳ hình dạng nào. Về lý thuyết, hầu hết các hình dạng của patch
vi dải mà được chỉ ra trong hình 1.7 có thể được thực hiện lại trong dạng của một khe
mạch in.
Anten sóng chạy vi dải Anten sóng chạy vi dải (microstrip traveling-wave antenna,
MTA) gồm các dải dẫn điện tuần hoàn hoặc một đường vi dải dài đủ rộng để hỗ trợ TE
mode. Điểm cuối kia của anten sóng chạy được mắc một tải có điện trở được phối hợp
trở kháng để tránh các sóng phản xạ trên anten.
1.2.2.3. Anten patch hình chữ nhật Đây là một anten phẳng cơ bản nhất, nó bao gồm
một phiến dẫn điện phẳng bên trên một mặt phẳng đất. Có nhiều phương pháp tiếp điện
cho anten, nhưng thông thường tiếp điện bằng cáp đồng trục hoặc đường truyền vi dải.
Phần tiếp điện đưa năng lượng điện từ vào và/hoặc ra khỏi patch. Hình dưới đây thể
hiện phân bố điện trường của anten patch hình chữ nhật được kích thích ở mode cơ bản.
Trên hình 1.18a, điện trường bằng 0 ở tâm patch, đạt cực đại (dương) ở một cạnh và đạt
cực tiểu (âm) ở cạnh đối diện. Tuy nhiên sự biến đổi giữa cực đại và cực tiểu xảy ra liên
tục do pha tức thời của tín hiệu đặt vào anten.
Điện trường mở rộng ra cả bên ngoài mặt phân giới điện môi – không khí. Thành phần
điện trưởng mở rộng này được gọi là trường viền (fringing field) và nó làm cho patch
bức xạ. Một số phương pháp phân tích anten vi dải phổ biến dựa trên khái niệm hốc
cộng hưởng rò (leaky-cavity).
Do đó, mode cơ bản khi sử dụng lý thuyết hốc cộng hưởng là mode TM10. Kí hiệu này
thường gây ra nhầm lẫn. TM tượng trưng cho phân bố từ trường ngang. Điều này có
nghĩa rằng chỉ có 3 thành phần, đó là: điện trường theo hướng z, từ trường theo hướng x
và y trong hệ tọa độ Đề các, trong đó trục x và y song song với mặt phẳng đất, và trục z
vuông góc với mặt phẳng đất. Nói chung, các mode được kí hiệu là TMnmz.
Giá trị z hầu như bị bỏ qua do sự biến đổi của điện trường theo trục z coi như không

đáng kể. Do đó, kí hiệu TMnm chỉ ra sự biến đổi của trường theo hướng x và y. Sự biến
đổi của trường theo hướng y hầu như không đáng kể, do đó m bằng 0. Trường biến đổi
chủ yếu theo hướng x, do đó ở mode cơ bản thì n = 1.
Hình 1.18b,c thể hiện sự biến đổi dòng (từ trường) và điện áp (điện trường) trên patch,
dòng đạt cực đại tại tâm patch và cực tiểu gần các cạnh trái và phải; trong khi điện
trường bằng 0 tại tâm patch và đạt cực đại gần cạnh trái, cực tiểu gần cạnh phải. Từ
biên độ của dòng và áp, ta có thể tìm được trở kháng (trong hình 1.18c). Trở kháng đạt
cực tiểu ở giữa patch và cực đại ở gần 2 cạnh. Có một điểm nằm ở đâu đó dọc theo trục
x, tại đó trở kháng là 50 f, ta có thể đặt điểm tiếp điện tại đó.