Thiết kê và mô phỏng khảo sát các thông số kĩ thuật của an ten vi dải

BỌ GIA o DỤC
TRƯỜNG
ĐẠI VA ĐAO
HỌCTẠO VINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC VINH
KHOA ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BẢN NHẶN XÉT ĐÓ ÁN TỐT NGHIỆP
Họ và tên sinh viên: Lê Văn Vĩnh

Mã số sinh viên: 0851080337

Ngành:

Khoá: 49

Điện tử - Viễn thông
ĐỒ ÁN
TỐT NGHIỆP ĐẠI HỌC

0ề tài:
THIẾT KÊ VÀ MỔ PHỎNG KHẢO SÁT
CÁC THÔNG SÔ KỸ THUÂT CỦA ANTEN VI DẢI
2. Nhận xét của cản hộ phản hiện:

Người hướng dẫn
Sinh viên thực hiện :
Lớp
Mã số sình viên

ThS. LÊ THỊ KIÊU NGA

LÊ VĂN VĨNH
49K - ĐTVT
0851080337

NGHỆ AN - 01/2013


LỜI NÓI ĐẦU.................................................................i
TÓM TẮT ĐÔ ÁN.........................................................iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ.......................................iv
DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT................................vii
CHƯƠNG I LÍ THUYẾT ANTEN...................................1
1.1. Giới thiệu................................................................................................1
1.2. Các loại Anten........................................................................................2
1.3. Các tham số cơ bản của an ten...............................................................3
1.3.1. Sự bức xạ sóng điện từ bởi một anten.............................................3
1.3.2. Giản đồ bức xạ.................................................................................4
1.3.3. Mật độ công suất bức xạ..................................................................7
1.3.4. Cường độ công suất bức xạ.............................................................8
1.3.5. Hệ số định hướng.............................................................................8
1.3.6. Hệ số tăng ích..................................................................................9
1.3.7. Băng thông....................................................................................11
1.3.8. Trở kháng vào................................................................................12
1.4. Ket luận chương 1................................................................................12
2.2. Giới thiệu chung vê anten vi dải............................................................13
2.3. Các hình dạng cơ bản của anten vi dải...................................................15
2.4. Đặc tính của Microstrip Antennas (MSA).............................................16
2.5. Các kỹ thuật cấp nguồn cho anten vi dải(feed method).........................17
2.6. Băng thông của MSA.............................................................................20
2.7. Nguyên lý bức xạ của anten vi dải.........................................................21

2.8. Trường bức xạ của anten vi dải..............................................................23
2.9. Sự phân cực sóng...................................................................................27
2.10.

Mô hình hốc cộng hưởng..............................................................28


2.1.1. Các công thức tính toán các kích thước của anten vi dải hình chữ

nhật
thông thường..................................................................................36
2.11. Thu nhỏ kích thước anten vi dải...........................................................37
2.2.1. Phương pháp Shorting-wall..........................................................37
2.2.2. Phương pháp Shorting-pin............................................................39
2.3. Thiết kế và kết quả mô phỏng..............................................................40
2.3.1. Thiết kế và mô phỏng anten vi dải hình chữ nhật thông thường. .40
2.3.3. Thiết kế và kết quả mô phỏng anten vi dải giảm nhỏ kích thước

dùng shorting-pin...........................................................................47
2.4. Kết luận chương 2................................................................................50

CHƯƠNG IIIA NTEN VI DẢI HOẠ T ĐỘNG Ở CÁ c
DẢI TẲN KHÁ c NHA u.. 52
3.1. Giới thiệu chung...................................................................................52
3.2. Anten hoạt động ở nhiều dải tần sử dụng các mặt bức xạ có tần số

cộng hưởng khác nhau...........................................................................52
3.3. Anten vi dải hoạt động ở nhiều dải tần sử dụng mặt bức xạ cùng với

khe nhúng hình chữ u.............................................................................54

3.4. Thiết kế và kết quả mô phỏng..............................................................55
3.4.1. Thiết kế và mô phỏng anten hoạt động ở nhiều dải tần sử dụng

các mặt bức xạ có tần số cộng hưởng khác nhau...........................55
3.4.2. Thiết kế và mô phỏng anten hoạt động ở nhiều dải tần sử dụng

khe nhúng hình chữ u.....................................................................58
3.5. Kết luận chương 3................................................................................59


Thông tin đã xuất hiện từ rất lâu từ khi con nguời đã biết dùng lửa, tiếng
động âm thanh, các kí hiệu tuợng hình đê liên lạc trao đôi. Trải qua quá trình
phát
triển, nhu cầu thông tin liên lạc của con nguời cũng đòi hỏi phù hợp với thực tế
đó
là nhanh, chính xác và xa trong khi đó nếu vẫn giữ cách thức liên lạc từ xa xưa
thì
không thế đáp ứng được vì khả năng hạn chế và sự rủi ro. Chính từ nhu cầu đó
đã
thôi thúc con người phải tìm ra cách thức liên lạc mới và đến năm 1837 Samuel
Morse đã phát minh ra ám hiệu truyền tin dựa trên cách thức đóng mở dòng
điện
gây nên tiếng. Với phát minh này nó đã làm giảm đi nhiều độ rủi ro của thông
tin
tuy nhiên nó vẫn bị hạn chế bởi khoảng cách xa và cho đến năm 1894 Maxwell
đã
đưa ra lý thuyết về một dạng vật chất mới có thể lan truyền được đi xa và ngay
cả
trong chân không đó là sóng điện từ thì thông tin đã có thế khắc phục được hạn
chế

bởi khoảng cách địa lý. Điều này được thực tế hoá bởi Maconi, ông đã thành
công
trong việc truyền tín hiệu Morse bằng sóng vô tuyến qua Đại Tây Dương vào
năm
1902. Sự kiện này đã mở ra một kỷ nguyên mới vế thông tin liên lạc, tạo tiền đề
cho
nhiều ứng dụng trong viễn thông sau này.
Đóng góp vào thông tin liên lạc thì không thể không kể tới vai trò của
1


Do nhiều mặt còn hạn chế đồng thời trong quá trình tìm hiếu cũng mang
nhiều tính chủ quan trong nhìn nhận nên nội dung của đề tài không tránh khỏi
những sai sót. Em rất mong nhận được ý kiến đóng góp của các thầy cô và bạn
đọc
đê đồ án được hoàn thiện hơn.
Em xin gửi đến cô Lê Thị Kiều Nga lời cảm ơn chân thành và lòng biết
ơn
sâu sắc về sự hướng dẫn nhiệt tình của cô trong suốt quá trình em làm đồ án tốt
nghiệp. Cô đã rèn luyện cho em tính tự lập nghiên cứu, niềm dam mê vào khoa
học
kĩ thuật. Tất cả những điều này là hành trang quan trọng cho em tiếp tục trên
con
đường khoa học kĩ thuật sau này.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện Tử Viễn
Thông, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn Viễn Thông đã hết lòng dạy dỗ và
truyền đạt những kiến thức quý báu trong quá trình học để trang bị một nền tảng
kiến thức vững chắc để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp và sẵn sàng cho công
việc

11


Đồ án này tập trung nghiên cứu, thiết kế, mô phỏng một anten vi dải, rút
gọn
kích thuớc của anten vi dải và anten vi dải hoạt động ở nhiều dải tần khác nhau.
Anten được chế tạo trên chất nền có hằng số điện môi Sr = 4.5, độ dày là 1,66
mm
và được thiết kế tại tần số 900 MHz và 1800 MHz.
Đồ án bao gồm 3 chương với nội dung như sau:
Chương 1 giới thiệu và định nghĩa anten, nêu ra một số tham số cơ bản
đế
đánh giá hiệu suất của anten như: giản đồ bức xạ, công suất bức xạ, hệ số định

ABSTRACT
This thesis íòcused on studied, design, simulation an microstrip antenna,
compact microstrip antenna and multiband antenna. Antenna was íabricated on
a
substrate with dielectric constant Sr = 4.5, thickness of 1.66 ram and was
designed
at the írequency of 900 MHz and 1800 MHz.
Thesis include 3 chap with the following contents:


Chapter 3 introduces the two methods of micro-strip antenna design
operates
in several írequency bands by using the radiation many different resonant
ữequency
and use the U-shaped Slot embedded
DA NH SẢ CH CÁ c HÌNH VẼ

Trang
Hình 1.1.

Anten như một thiết bị truyền sóng...................................................1

Hình 1.2.

Các trường bức xạ tại khu xa.............................................................3

Hình 1.3

Hệ tọa độ phân tích của anten...........................................................4

Hình 1.4

Bức xạ đắng hướng............................................................................5

Hình 1.5

Bức xạ hướng tính.............................................................................5

Hình 1.6

Các búp sóng trong không gian 3 chiều............................................6

Hình 1.7

Các búp sóng trong mặt phang 2 chiều.............................................6

Hình 2.1

Anten vi dải.................................................................................... 13

Hình 2.2

Các dạng anten vi dải thông dụng.................................................. 15

Hình 2.3

Cấp nguồn dùng đường truyền vi dải............................................. 18

Hình 2.4

Cấp nguồn dùng cáp đồng trục....................................................... 19

Hình 2.5

Cấp nguồn dùng phương pháp ghép khe - Aperture coupled......... 19

Hình 2.6

Cấp nguồn dùng phương pháp ghép gần - Proximity Coupled.......20

Hình 2.7

Phân bố điện tích và dòng điện trong anten vi dải hình chữ nhật...22

Hình 2.8

Phân bố điện tích và dòng điện.......................................................29

Hình 2.9

Phân tích mô hình anten vi dải trên trục tọa độ...............................31

Hình 2.10

Các mode trường bức xạ anten vi dải..............................................33

Hình 2.11

Các thông số cơ bản của anten vi dải..............................................36

Hình 2.12

Cấu trúc anten vi dải thông thường.................................................38

Hình 2.13

Anten vi dải hình chữ nhật cùng với kĩ thuật shorting-wall............38

Hình 2.14

Cấu trúc một phần tư bước sóng.....................................................39

Hình 2.15

Cấu trúc anten vi dải hình chữ nhật dùng kĩ thuật shorting-pin.....39

Hình 2.16

Anten vi dải hình chữ nhật cùng với kĩ thuật shorting-pin..............40
IV


43
dải

43

.....................................................................................................

44

Tần

số

cộng

hưởng

của

anten

vi

44
ten

45

.....................................................................................................

45

Hệ

số

sóng

đứng

của

an

46
anten

47

.....................................................................................................

48

Trở

kháng

vào

của

48
anten

49

.....................................................................................................

49

Độ

lợi

của

50
Anten

vi

dải

thu

gọn

sử

dụng

shorting-wall

.....................................................................................................
Tần số cộng hưởng của anten vi dải thu gọn sử dụng shortingwall.
Hệ số sóng đứng của anten vi dải rút gọn dùng shorting-wall
.....................................................................................................
Trở

kháng

vào

của

anten

sử

dụng

shorting-wall

.....................................................................................................
Anten vi dải giảm nhỏ kích thước sử dụng shorting-pin

50
53
53
55
55
56
57
57

.....................................................................................................
58
Tần số cộng hưởng của các anten có vị trí pin khác nhau

58

.....................................................................................................

59
59

V


DCS

Digital Communication SystemHệ thống thông tin kỹ thuật số

GPS

Global

GSM

GlobalHình
System
Mobile
tin khe
di động
toàn
3. for
Trở
kháng vào Hệ
củathống
antenthông
sử dụng
nhúng
hình chữ u

Positioning

Communication

System
Hệ thống định vị vệ tinh toàn cầu

cầu

ISM

Industrial Scientifíc and MedicalCông nghiệp khoa học và y tế

LMR

Land Mobile Radio

Vô tuyến lưu động mặt đất

MSA

Microstrip Antenna

Anten vi dải

MTA

Microstrip

Traveling-Wave
Anten sóng chạy vi dải

PCS

Personal

Communication
Hệ thống thông tin liên lạc cá nhân

RF

Radio Frequency

Tần số vô tuyến

UMTS

Universal Mobile

Hệ thống viễn thông di động toàn

Telecommunications Systems cầu

VI

60


CHƯƠNG I
Tóm tắt

Chuơng này trình bày các vấn đề sau:


Cùng với việc thu nhận hay truyền phát năng lượng, anten trong các hệ
thống
không dây thường được yêu cầu là định hướng năng lượng bức xạ mạnh theo
một
vài hướng và triệt tiêu năng lượng ở các hướng khác. Do đó, anten cũng cần
phải

có

vai trò như một thiết bị bức xạ hướng tính. Hơn nữa, anten cũng phải có các
hình
dạng khác nhau để phù hợp cho các mục đích cụ thể.
Anten là một lĩnh vực sôi động. Công nghệ anten đã là một phần không thể
thiếu trong các giải pháp truyền thông. Nhiều sự cải tiến đã được đưa ra trong
thời
gian cách đây hơn 50 năm vẫn còn sử dụng ngày nay; tuy nhiên ngày nay vẫn
có
nhiều kết quả mới và những thay đổi đã được đưa ra, đặc biệt là nhu cầu hiệu
suất
hệ thống ngày càng lớn hơn.
1.2. Các loại Anten

Hiện nay, tùy thuộc vào mục đích sử dụng của các hệ thống truyền thông
vô
tuyến người ta sử dụng rất nhiều loại anten khác nhau. Chúng bao gồm :
An ten dây là anten lâu đời nhất và phố biến nhất trong tất cả các loại anten.
Hiện có hình dạng khác nhau của ăng-ten dây như một sợi dây thắng (lưỡng
cực),
vòng lặp và xoắn.

2


1.3. Các tham sô cơ hản của anten

Phần này trình bày một số khái niệm và các quan hệ cơ bản về anten như:
sự

bức xạ sóng, trường bức xạ và giản đồ trường bức xạ, phân cực sóng bức xạ, độ
định hướng, tần số cộng hưởng, trở kháng, băng thông, tăng ích, ...
1.3.1. Sự bức xạ sóng điện từ bởi một anten

Sự bức xạ điện từ của anten dựa trên nguyên tắc bức xạ điện từ trong
không
gian, bắt nguồn từ lý thuyết về tính cảm ứng của trường điện từ. Trước hết,
trường
từ biến thiên sinh ra trường điện biến thiên, sau đó trường điện biến thiên này
lại

tạo

ra dòng điện biến thiên đồng nghĩa với tạo ra trường từ biến thiên. Quá trình
này

lặp

đi lặp lại tạo nên sóng điện tù’ trong không gian gồm hai thành phần phụ thuộc
nhau

Hình

1.2.

Các

trường

hức

xạ

tại

khu

xa

Hai thành phần điện trường và từ trường bức xạ từ cùng một anten tạo nên
trường điện từ. Trường điện tù’ truyền và nhận năng lượng thông qua không
gian

tự

do. Sóng vô tuyến là một trường điện từ
3 di chuyển.Trường khu xa là một sóng


dần theo khoảng cách. Điều này làm cho năng lượng trên một diện tích cho trước
giảm đi khi khoảng cách tù’ điểm khảo sát đến nguồn ngày càng tăng.
1.3.2. Giản đồ bức xạ

Các tín hiệu vô tuyến bức xạ bởi anten hình thành một trường điện từ với
một giản đồ xác định và phụ thuộc vào loại anten được sử dụng. Giản đồ bức xạ
này
thế hiện được đặc tính bức xạ và đặc tính định hướng của anten.
r.sinỡ.dò
r.de

Hình 1.3 Hệ tọa độ phân tích của anten

Chúng ta có thế vẽ giản đồ bức xạ 3 chiều tuy nhiên đối với nhiều mục
đích
thực tế, đồ thị 2 chiều do mặt cắt của đồ thị ba chiều là đủ đế đặc trưng các đặc
tính
bức xạ của anten.
Giản đô đăng hưởng và hướng tỉnh

Anten đẳng hướng là một anten giả định, nó chuyển toàn bộ công suất
4


Atten

Hình 1.4 Bức xạ đăng hướng

Hình 1.5 Bức xạ hướng tỉnh

Hình 1.4 thế hiện bức xạ đắng hướng và hình 1.5 thế hiện bức xạ hướng
tính
của anten. Mặt phắng E được định nghĩa là mặt phang chứa vector điện trường
và
hướng bức xạ cực đại, mặt phang H được định nghĩa là mặt phang chứa vector
tù'
trường và hướng bức xạ cực đại. Trong thực tế ta thường chọn hướng của an ten
sao
cho mặt phăng E hay mặt phăng H trùng với các mặt phăng tọa độ (mặt phăng
5

E(x, y, z) = Re[E(x, y, z)eiwt] = - Re[Eejwt + E * e~ie*]

(1.3)

H(x, y, z) = Re[H(x, y,z)ei(ưt] = -Re[Hejfd* + H *e w]

(1.4)

1.3.3. Mật độ công suất bức xạ
Khi đó có thế viết lại :
thấy một số thùy có cường độ bức xạ lớn hơn các thùy khác. Hình 1.7 biếu diễn các
w= ExH =-Re[EH*] + -Re[EHej2fut]
(1.5)
thùy trong hình 1.6 trên cùng một mặt phang (giản đồ 2D).
Sóng điện từ được sử dụng để truyền tải thông tin trong không gian hoặc

qua
cấu trúc dẫn sóng. Đại lượng được sử dụng để mô tả năng lượng kết hợp của
sóng
điện từ là vector Poynting tức thời:
W = EXH

(1.1)

w = vector Poying tức thời (w/m2)
E = cường độ điện trường tức thời (V/m)
H = cường độ từ trường tức thời (A/m).
Hình 1.6 Các húp sóng trong không gian 3 chiều
Thùy chính

thùysuất
chứa
cựccóđại,
hình bằng
1.4 thùy
có
Tổng là
công
đi hướng
qua mộtbức
mặtxạkín
thếtrong
thu được
cáchchính
lấy tích
phân
hướng 0 = 0. Trên thực tế, có thế tồn tại nhiều hơn một thùy chính. Thùy phụ là
thành
bất phần pháp tuyến với mặt kín của vector Poynting trên toàn bộ mặt kín.
kỳ thùy nào ngoài thùy chính. Thông thường, thùy bên là thùy nằm liền xác với
thùy chính và định xứ ở bán cầu theo hướng của thùy chính. Thùy sau là thùy
mà

Thành phần đầu tiên của (1.5) không biến đổi theo thời gian và thành phần
thứ
hai biến đối theo thời gian với tần số bằng 2 lần tần số (ư cho trước.Vector
Poying
67

0 4n

được

Hướng bức xạ cực đại được biểu diễn như sau :
Dựa trên công thức trên ,công suât phát xạ trung bình của anten có thê
Ư 4 wfĩ.......

định nghĩa là : D = Dn =
max u y T
^0
Trong đó :

= max
n
*rad

(1.11)
'
'

D là hệ số định hướng (không có thứ nguyên).
u là cường độ bức xạ (W/đơn vị góc khối).

p„d = P„. = J|w„dxds = J|w„xSxda = t J{Re(E*H)ds (1.7)
1.3.4. Cường độ công suất bức xạ

Cường độ bức xạ theo một hướng cho trước được định nghĩa là năng
lượng
được bức xạ từ an ten trên một đon vị góc khối.Cường độ bức xạ là tham số của

trường xa và được xác định bằng cách nhân mật độ công suất bức xạ với bình
phương khoảng cách :

U=r2xWra d

(1.8)

Trong đó Ư là cường độ bức xạ (W/đơn vị góc khối).
Wrad là mật độ công suất bức xạ (W/?n:).
Tổng công suất bức xạ nhận được bằng cách tích phân cường độ bức xạ :
p„d = $udn = f l sin eăọăe

dQ = sin 0á(páỡ là đơn vị góc khối (steradian).
1.3.5. Hệ số định hướng

(1.9)


u0 là cường độ bức xạ của nguồn đẳng
hướng

.

prad là tổng công suất bức xạ (W).

thức:

Trong nhiều trường hợp thực tế có thế tính độ định hướng theo công
D = 3^400

(1.12)
OA

với Ể?! là độ rộng búp sóng tính theo độ của búp chính trong 2 mặt phăng chính.
Với anten có các thành phần phân cực trực giao, chúng ta định nghĩa hệ số
định
hướng riêng (partial directivity), theo một phân cực cho trước và một hướng
D0=De+D,
(1.13)
Trong đó hệ số định hướng riêng De và Do được biểu diễn bởi:

Với Ư0 là cường độ bức xạ theo một hướng cho trước chỉ phụ thuộc
(1.13b)
0
Uộ là cường độ bức xạ theo một hướng cho trước chỉ phụ thuộc
(Ị)
(Prad)

1.3.6. Hệ số tăng ích

Một đơn vị khác dùng đế mô tả đặc tính hướng tính của anten là hệ số
tăng
ích G (hay còn gọi là độ lợi). Hệ số tăng ích có quan hệ với hệ số định hướng và
là
đơn vị đế tính toán hiệu suất của anten cũng như đặc tính hướng tính của nó.
9


(thường là anten vô hướng) theo hướng và khoảng cách như trên, với giả thiết công
suất đặt vào 2 anten là như nhau và anten chuẩn có hiệu suất bằng 1.
G(d.cp) =

Mật ăộ
suấtsuẩt
của anten
Mật
ăộcòng
cỏng
theo chuẩn
hướng
(1.14)
Cường độ bức xạ của anten đắng hướng bằng với công suất đặt vào anten
chia
cho 47U (do ta giả thiết anten chuẩn có hiệu suất bằng 1, nên công suất bức xạ
bằng
công suất đặt vào anten). Do đó, ta có:
Prad=ecd.Pin

(1.16)

Ớ đó, e là hiêu suất bức xa của anten (không thứ nguyên). Sử dung (1.16) biến
cd
đổi (1.15) thành:
G(ớ,(á) = etd[4*-^|^]
* rad

(1.17)

Sử dụng công thức (1.10) ta có :
G(9,(jj) = etdD(0,<|))

(1.18)

Giá trị cực đại của hệ số tăng ích có quan hệ với hệ số định hướng cực đại bởi:
Go = G(0,4>)|max = ecdD(B,ộ)|max =ecdDo

(1.19)

Cũng như đối với hệ số định hướng, ta định nghĩa hệ số tăng ích riêng
(partial
gain) của anten theo một phân cực cho trước và một hướng cho trước như sau:
(1.20)
G0 - G<Ị> + G0

10


(1.20b)

Trong đó : Pin là tổng công suất đưa vào anten.
0 là cường độ bức xạ theo một hướng cho trước chứa trong thành phần trường E0
Uộ là cường độ bức xạ theo một hướng cho trước chứa trong thành phần trường
(1.21)
G0(dB)= 101ogio(ecdDo)
Do đó hệ số tăng ích bao gồm ảnh hưởng của sự tiêu tán công suất trong
một
anten và tác dụng của tôn hao công suất trong việc gây ra phân cực chéo (đối
với
trường hợp máy thu nhạy cảm với sự phân cực). Trong thực tế,tham số này đã
đưa
ra tham số hiệu suất của anten, T|, cho biết hiệu suất của quá trình biến đối công
suất

đầu vào thành công suất bức xạ như thế nào.
1.3.7. Băng thông

Băng thông của anten là khoảng tần số mà trong đó hiệu suất của anten
thỏa
mãn một tiêu chuẩn nhất định. Băng thông có thể là khoảng tần số, về(1.22)
hai bên
fmin
Với các anten dải hẹp, băng thông được thể hiện bằng tỉ lệ phần trăm của
sự

sai

khác giữa hai tần số (tần số trên và tần số dưới) so với tần số trung tâm. Ví dụ,
băng
thông 5% the hiện rằng, sự sai khác tần số là 5% tần số trung tâm của băng
thông.


nghĩa băng thông khác nhau. Tùy các ứng dụng cụ thê, yêu câu vê các đặc tính của
anten đuợc chọn như thế nào cho phù hợp.
1.3.8. Trở kháng vào

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

úng

của điện trường so vói từ trường ở một điếm”. Trong phần này, chúng ta quan
tâm

chủ

yếu

tới trở kháng vào tại đầu vào của anten. 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

(1.24)

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 (1.24) bao gồm 2 thành phần là:
RA = Rr + RL

(1.25)

Trong đó, Rr là trở kháng bức xạ (radiation resistance) của anten.

12


CHƯƠNG II

ANTEN VI DẢI VÀ GIẢM NHỎ KÍCH THƯỚC ANTEN VI DẢI
Chuơng này trình bày về anten vi dải và các kĩ thuật giảm nhỏ kích thuức
của
anten vi dải

2.1. A nten vỉ dải

(b) Mặt phẳng cắt ngang
Hình 2.1 A nten vi dải
13


Có nhiều điện môi nền có thê được sử dụng đế thiết kế anten vi dải và hằng
số
điện môi của chúng thường nằm trong khoảng 2.2 < £r < 10. Nhũng lóp điện
môi
được sử dụng đế thiết kế anten hầu hết là những nền dày, hằng số điện môi của
chúng thường thấp hon giá trị ở cuối dải vì chúng cho hiệu suất tốt hon, băng
thông
lớn và giới hạn sự bức xạ các trường tổn hao vào trong không gian, nhưng kích
thước các phần tử lớn hơn. Giới hạn sự bức xạ các trường tổn hao vào trong
không
gian, nhưng kích thước các phần tử lớn hơn. Nen mỏng với hằng số điện môi

lớn
hơn có thể được sử dụng để thiết kế các mạch vi sóng, bởi vì chúng yêu cầu giới
hạn trường chặt chẽ đế giảm thiểu sự bức xạ và kết hợp không mong muốn,
đồng
thời cũng cho kích thước các phần tủ’ nhỏ hơn. Tuy nhiên vì sự mất mát lớn
hơn,
dẫn đến hiệu suất thấp và băng thông nhỏ hơn.
Các thông so kỹ thuật của anten:
-

Tần sổ làm việc của anten là tần số cộng hưởng của anten. Anten luôn

làm
việc ở chế độ cộng hưởng vì khi đó công suất bức xạ của anten là lớn nhất.
- Hệ số định hướng của anten theo hướng nào đó được định nghĩa bằng tỷ

số cường độ trường bức xạ tại một vị trí trên hướng đó và cường độ trường bức
xạ
của một anten chuấn cũng ở vị trí và hướng tương ứng (D). Hệ số tăng ích (Độ
lợi
- G) của anten được xác định theo công thức: G=e.D, trong đó e là hiệu suất bức
xạ của anten.

14


2.1.2. Các hình dạng cơ bản của anten vi dải

Anten vi dải được đặc tả bởi nhiều thông số hơn các anten truyền thống
khác.

Chúng cũng được thiết kế dưới dạng hình học khác nhau như: hình vuông
(square),

Anten vi dải
hình chữ nhật

Anten vi dải
hình vuông

Anten vi
dải
hình tròn

hình elip

Anten vi dải
hình tam giác

Anten vi dải
hình vòng
tròn

Hình

2.2

Các

dạng

an

ten

vi

dải

thông

dụng

Tất cả anten vi dải được chia làm 4 loại cơ bản: anten patch vi dải, dipole vi
dải, anten khe dùng kỹ thuật in, anten traveling-wave vi dải.
•

Anten patch vi dải

Một anten patch vi dải bao gồm một patch dẫn điện dưới dạng hình học
phẳng
hay không phang trên một mặt của miếng đế điện môi và mặt phang đất nằm
trên
mặt phang còn lại của đế. Anten patch vi dải có nhiều dạng khác nhau nhưng
đặc
tính bức xạ của chúng hầu như giống nhau do chúng hoạt động giống như một
dipole. Trong số các loại anten patch vi dải, anten có dạng hình vuông và hình
tròn
là hai dạng thông dụng và sử dụng rộng rãi.
15

cực chéo (cross-polar) thì chúng hầu như khác nhau. Anten dipole vi dải thì thích
hợp với các ứng dụng ở tần số cao do chúng sử dụng miếng đế điện môi có bề
dày
tương đối dày do vậy chúng đạt được băng thông đáng kể. Việc lựa chọn mô
hình
cấp nguồn rất quan trọng và phải tính đến khi phân tích anten dipole vi dải.
•

Printed Slot Antenna

Printed Slot Antenna có cấu tạo bao gồm một khe trong mặt phang đất của
một
đế được nối đất (ground substrate). Khe này có thể có nhiều hình dạng khác
nhau
như là: hình chữ nhật, hình tròn, hình nến,.. Anten loại này bức xạ theo hai
hướng
nghĩa là chúng bức xạ trên hai mặt của khe, chúng ta có thê tạo ra bức xạ đơn
hướng
bằng cách sử dụng một mặt phản xạ ở một phía của khe.
•

Microstrỉp Traveling-Wave Antennas (MTA)

MTA được cấu thành bởi một loạt các vật dẫn xích lại với nhau hay một
đoạn
đường truyền vi dải đủ dài và đủ rộng đe có the hô trợ chế độ truyền TE. Trong
đó,
đầu của anten được nối đất và đầu còn lại được phối hợp trở kháng đế tránh
hiện

tượng sóng đứng trên anten. Anten MTA có thể được thiết kế đế hướng búp
sóng
chính trong bất kỳ phương nào từ broadside đến endtỉre.
2.1.3. Đặc tỉnh của Microstrip Antennas (MSA)

Anten vi dải (MSA) có nhiều thuận lợi so với các loại anten truyền thống
16


♦> Khuyết điểm:
•

MSAcó băng thông hẹp và các vấn đề về dung sai.

•

Một số MSA có độ lợi thấp.

•

Khả năng tích trữ công suất thấp.

•

Hầu hết MSA đều bức xạ trong nửa không gian phía trên mặt phang

đất.
•

Có bức xạ dư từ đường truyền và mối nối.

MSA có băng thông rất hẹp, thông thường chỉ khoảng 1-5%, đây là hạn
chế

lớn

nhất của MSA trong các ứng dụng cần trải phố rộng.
Với những ưu điểm vượt trội ấy mà MSAs trở nên thích hợp cho nhiều
ứng dụng.
❖ Một số ứng dụng của MSAs:
•

Các anten dùng trong thông tin vô tuyến cần nhỏ gọn nên MSA
thường
được dùng.

•

Các radar đo phản xạ thường dùng các dãy MSA phát xạ.

•

Hệ thống thông tin hàng không và vệ tinh dùng các dãy MSAđể

định vị

17