XÂY DỰNG ĂNG TEN LOGO DÙNG TRONG NHẬN DẠNG BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HÀNG HẢI VIỆT NAM

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

THUYẾT MINH
ĐỀ TÀI NCKH CẤP TRƯỜNG
ĐỀ TÀI

XÂY DỰNG ĂNG TEN LOGO DÙNG TRONG NHẬN DẠNG
BẰNG SÓNG VÔ TUYẾN

Chủ nhiệm đề tài:

TS. NGUYỄN TRỌNG ĐỨC

Thành viên tham gia:

ThS. CAO ĐỨC HẠNH
ThS. NGÔ QUỐC VINH

Hải Phòng, tháng 5/2016


MỤC LỤC
MỞ ĐẦU ............................................................................................................... 1
CHƯƠNG 1 . TỔNG QUAN ................................................................................ 3
1.1. Nhận dạng tự động ...................................................................................... 3
1.1.1. Các hệ thống mã vạch ........................................................................... 3
1.1.2. Nhận dạng chữ viết ............................................................................... 4
1.1.3. Các hệ thống sinh trắc học .................................................................. 4
1.1.4. Smart cards............................................................................................ 6

1.1.5. Hệ thống RFID ...................................................................................... 8
1.2. Hệ thống RFID ............................................................................................ 8
1.2.1. Kiến trúc hệ thống................................................................................. 8
1.2.2. Hoạt động ............................................................................................ 10
CHƯƠNG 2 . THIẾT KẾ ĂNG TEN ................................................................. 12
2.1. Ăng ten vi dải ............................................................................................ 12
2.1.1. Cấu trúc ăng ten vi dải ........................................................................ 12
2.1.2. Phân loại và đặc tính của ăng ten vi dải.............................................. 13
2.2. Ăng ten logo dùng trong nhận dạng bằng sóng vô tuyến ......................... 14
CHƯƠNG 3 . KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM ....................................................... 19
3.1. Chế tạo ăng ten .......................................................................................... 19
3.2. Kết quả đo thực nghiệm ............................................................................ 19
KẾT LUẬN ......................................................................................................... 21
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................... 22

i


DANH SÁCH BẢNG BIỂU
Số bảng
Bảng 1

Tên bảng
Các dải tần phổ biến được sử dụng trong
các hệ thống RFID

Trang
10

ii

DANH SÁCH HÌNH ẢNH
Số hình
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
1.8
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
3.1
3.2

Tên hình
Cấu trúc của một mã EAN
Mã vạch
Kiến trúc chung của một thẻ memory card
Kiến trúc chung của một thẻ microprocessor
card
Hệ thống RFID
Bộ đọc RFID và thẻ smard card

Kiến trúc chung của một transponder
Logo của Trường Đại học Hàng hải Việt
Nam
Ăng ten vi dải hình chữ nhật
Giao diện thiết kế
Ăng ten logo VMU
Hệ số tổn hao ngược
Đồ thị bức xạ (3D) của ăng ten
Tấm bức xạ sử dụng slot và PIN diode
Hệ số tổn hao ngược của ăng ten
Hình ảnh của ăng ten được chế tạo
Tần số và hệ số tổn hao của ăng ten

Trang
3
4
7
8
9
9
9
11
12
15
16
16
17
17
18
19

19

iii


DANH SÁCH THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT
Chữ viết tắt
RFID
EAN
UPC
OCR
ROM
RAM
EEPROM
EC
LF
HF
UHF
SHF
MSA

Chữ đầy đủ
Radio Frequency Identification
European Article Number
Universal Product Code
Optical Character Recognition
Read Only Memory
Random Access Memory
Electrically Erasable Programmable Read Only Memory
Electronic Cash

Low Frequency
High Frequency
Ultra High Frequency
Super High Frequency
Microstrip Antenna

Trang
1
3
3
4
5
5
5
6
10
10
10
10
12

iv


MỞ ĐẦU
Tự động nhận dạng (Auto-ID) đã và đang được ứng dụng phổ biến trong
nhiều hệ thống như: hệ thống công nghiệp, phân phối bán hàng, các hệ thống,
công ty sản xuất,... nhằm cung cấp thông tin về con người, động vật, hàng hóa
trong quá trình di chuyển. Khởi đầu cho cuộc cách mạng về nhận dạng phải kể
đến đó là các hệ thống mã vạch, tuy nhiên các hệ thống này hiện tại đã bộc lộ

nhiều hạn chế như bộ nhớ lưu trữ thấp và không thể lập trình lại được.
Dạng chung của thiết bị điện tử lưu trữ dữ liệu ngày nay đó là các thẻ
thông minh dựa trên một trường thông tin liên lạc (thẻ thông minh telephone, thẻ
ngân hàng) và sử dụng phương pháp tiếp xúc cơ khí để đọc dữ liệu. Tuy nhiên,
lưu trữ và đọc thông tin này trên thẻ thông minh là không thực tế. Phương pháp
truyền dữ liệu không tiếp xúc giữa thiết bị mang dữ liệu và thiết bị đọc là giải
pháp tiện dụng và mềm dẻo hơn rất nhiều. Trong trường hợp lý tưởng, năng
lượng cần thiết cho thiết bị lưu trữ dữ liệu hoạt động cũng được truyền từ thiết bị
đọc sử dụng công nghệ không dây. Do những đặc tính đó, các hệ thống nhận
dạng ID không tiếp xúc còn được gọi là RFID (Radio Frequency Identification).
Số lượng các tổ chức, công ty liên quan đến phát triển và mua bán các hệ
thống RFID chỉ ra rằng đây là một thị trường tiềm năng, cần được nghiên cứu
một cách nghiêm túc. Trong khi tổng số lượng giá trị các hệ thống RFID giao
dịch trong năm 2000 là 900 triệu USD thì trong năm 2005 đã lên tới 2.650 tỉ
USD. Thị trường các hệ thống RFID do vậy phụ thuộc vào sự phát triển của
ngành công nghiệp công nghệ không dây, bao gồm các hệ thống mobile phondes
và cordless telephones. Thêm vào đó, trong những năm gần đây công nghệ nhận
dạng không tiếp xúc đã phát triển thành một lĩnh vực độc lập, không còn là một
ngành nhỏ phụ thuộc nữa. Nó kết hợp nhiều yếu tố thành phần từ các lĩnh vực
rất khác nhau: công nghệ HF và EMC, công nghệ chất bán dẫn, mã hóa và bảo
vệ dữ liệu, truyền thông, công nghệ chế tạo sản xuất và nhiều lĩnh vực liên quan
khác.

Trang 1


Như đã đề cập trong nhiều báo cáo, thành phần chủ yếu của hệ thống
RFID bao gồm: thẻ RFID, đầu đọc (sensor) và ăng ten. Trong phạm vi của đề tài,
chúng tôi thiết kế và chế tạo một ăng ten Logo (trên phù hiệu, đồng phục,…)
nhằm tích hợp vào các hệ thống nhận dạng RFID.

Giai đoạn I: Nhóm tác giả tập trung nghiên cứu xây dựng một ăng ten
Logo (VMU) hoạt động trong dải tần từ 2.4GHz đến 5.8GHz (Wi-fi), tối ưu hóa
các tham số của ăng ten và nghiên cứu các đặc tính của ăng ten thiết kế cũng
như chế tạo được, trên cơ sở đó đưa ra những khuyến nghị khi tích hợp ăng ten
này trên phù hiệu, đồng phục của Nhà trường. Giai đoạn II: Xây dựng hệ thống
tích hợp đầu cuối cho phép nhận dạng đối tượng qua sóng vô tuyến (RFID).
Nội dung thuyết minh bao gồm 3 chương. Chương I - giới thiệu chung về
đề tài, về công nghệ RFID và ứng dụng; chương II trình bày tổng quan về ăng
ten, đặc tính của ăng ten sử dụng trong các hệ thống RFID, trên cơ sở đó ăng ten
logo VMU được đề xuất. Trên cơ sở thiết kế và mô phỏng ở chương 2, kết quả
thực nghiệm, những phân tích đánh giá về ăng ten VMU sẽ được thực hiện trong
chương III; cuối cùng là những kết luận và hướng phát triển tiếp theo của đề tài.

Nhóm tác giả

Trang 2


CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Nhận dạng tự động
1.1.1. Các hệ thống mã vạch
Một hệ thống mã vạch (barcode) gồm các mã nhị phân mã hóa trong một
tập hợp các vạch song song. Các vạch này được sắp xếp theo một mẫu định
trước và biểu diễn dữ liệu liên quan đến vật mang mã. Như vậy, mã vạch được
xem như một chuỗi bao gồm các vạch có độ rộng và khoảng cách khác nhau, có
thể được phân tích thành các giá trị số và chữ. Các vạch sẽ được đọc bởi đầu
quét laser, sự khác nhau của các vạch thể hiện bởi tín hiệu phản xạ khác nhau
của tin laser từ các vạch màu đen và khoảng cách màu trắng. Mặc dù được thiết
kế vật lý giống nhau, nhưng có nhiều đặc điểm tương đối khác biệt nhau trong
khoảng mười dạng mã vạch hiện đang được sử dụng.

Hệ thống mã vạch phổ biến nhất là EAN (European Article Number),
được thiết kế để phù hợp với ngành công nghiệp buôn bán tạp phẩm trong năm
1976. Hệ thống mã EAN bản chất là sự phát triển mở rộng của UPC (Universal
Product Code) của USA, được giới thiệu vào năm 1973 tại Mỹ. Ngày nay, UPC
lại trở thành một tập con của EAN, và do đó tương thích với hệ thống EAN này.
Mã EAN bao gồm 13 chữ số thể hiện mã quốc gia, mã công ty, số hiệu
sản phẩm và mã số kiểm tra (Hình 1.1).
Country
identifier
4

0

FRG

Manufacturer’s item
number

Company identifier
1

2

3

4

Company Name
1 Road Name
80001 Munich

5

0

8

1

5

CD
0

9

Chocolate Rabbit
100 g

Hình 1.1 Cấu trúc của một mã EAN
Bên cạnh mã EAN, các hệ thống mã vạch sau cũng được sử dụng tương
đối phổ biến trong các lĩnh vực công nghiệp và đời sống hàng ngày (Hình 1.2):
 Mã Codabar: các ứng dụng y tế và trong các lĩnh vực yêu cầu an toàn
cao.
Trang 3


 Mã chèn 2/5: công nghiệp tự động, lưu trữ hàng hóa, vận chuyển, kho
bãi và công nghiệp nặng.
 Mã 39: ngành công nghiệp chế biến, dịch vụ, trường đại học và thư

viện.

Hình 1.2 Mã vạch
1.1.2. Nhận dạng chữ viết
Hệ thống nhận dạng chữ viết (OCR) được giới thiệu và sử dựng đầu tiên
trong những năm 1960. Các font chữ đặc biệt đã được phát triển cho ứng dụng
này để chúng có thể được đọc cả bởi con người hay tự động bằng máy móc. Ưu
điểm lớn nhất của các hệ thống OCR đó là xử lý được các thông tin với mật độ
dày đặc và có khả năng đọc dữ liệu trong các trường hợp khẩn cấp (hoặc chỉ là
phục vụ cho công tác kiểm tra).
Ngày nay, OCR được sử dụng trong các lĩnh vực quản trị, dịch vụ và sản
xuất, và cả trong ngân hàng với các thủ tục đăng ký cheques (dữ liệu cá nhân, ví
dụ như tên và số tài khoản được in trên tờ cheque với định dạng OCR).
Tuy nhiên, các hệ thống OCR không được sử dụng phổ biến do giá thành,
chi phí cao và các đầu đọc, scan có độ phức tạp quá cao so với các hệ thống
khác.
1.1.3. Các hệ thống sinh trắc học
Sinh trắc học được định nghĩa là khoa học đo lường và nhận dạng đặc
trưng liên quan đến các thực thể sống. Trong trường hợp của các hệ thống nhận
dạng, sinh trắc học là thuật ngữ chung chỉ tất cả các phương pháp nhận diện
người bằng cách so sánh các đặc tính vật lý cá nhân và đặc trưng cho từng người.

Trang 4


Trong thực tế, có các phương pháp nhận dạng vân tay, giọng nói và ít phổ biến
hơn là nhận dạng võng mạc.
Nhận dạng tiếng nói
Gần đây, một số hệ thống đặc biệt đã được đưa vảo sử dụng có thể nhận
dạng người dùng bằng phương pháp phân tích giọng nói. Trong những hệ thống

này, người dùng sẽ nói vào một micro-phone liên kết với máy tính. Các thiết bị
chuyển đổi tín hiện âm thanh thành các dữ liệu số, sau đó được phân tích và
nhận dạng bởi chương trình phần mềm.
Mục đích của việc phân tích, kiểm tra âm thanh thu được là để xác thực
định danh người dùng dựa trên giọng nói của người đó. Điều này được thực hiện
bằng cách so sánh các đặc tính âm thanh của người nói với các mẫu tham chiếu
đã lưu trong chương trình. Nếu chúng tương tự nhau thì một hành động phản
ứng lại sẽ được khởi động.
Nhận dạng vân tay
Khoa học về tội phạm đã sử dụng phương pháp nhận dạng vân tay để
nhận dạng người phạm tội từ đầu thế kỷ 20. Quá trình này dựa vào sự so sánh
những dấu hiệu của da thịt trên các đầu ngón tay, là những dấu vết không chỉ có
thể lấy được ở trên chính các đầu ngón tay này mà còn trên những đồ vật mà
người nào đó chạm vào.
Khi sử dụng phương pháp vân tay để nhận dạng người, thông thường là
trong các thủ tục đăng nhập, đóng mở cửa... thì các ngón tay được đặt trên một
thiết bị đọc đặc biệt. Hệ thống sẽ tính toán các bản ghi dữ liệu từ mô hình nó đọc
được và so sánh với cơ sở dữ liệu đang có. Một hệ thống nhận dạng vân tay hiện
đại cần chưa đến 1/2 giây để nhận dạng và kiểm tra một mẫu vân tay. Để tránh
các lỗi xảy ra, các hệ thống vân tay còn được thiết kế để có thể xác định rằng
ngón tay đặt trên đầu đọc là của một người đang còn sống.

Trang 5


1.1.4. Smart cards
Một thiết bị smart card là một hệ thống lưu trữ dữ liệu điện tử, có thể có
thêm thành phần xử lý (microprocessor card), được tích hợp vào một thẻ nhựa
có kích thước của một thẻ tín dụng (credit card). Thẻ smart card đầu tiên được
thiết kế dưới dạng một thẻ điện thoại trả trước vào năm 1984. Các thẻ smart card

được đưa vào thiết bị đọc, qua đó tạo ra một kết nối đến bề mặt của thẻ sử dụng
các công nghệ tiếp xúc khác nhau. Thẻ smard card được nạp năng lượng và nhận
các xung đồng hồ từ thiết bị đọc qua bề mặt tiếp xúc. Dữ liệu truyền giữa thiết bị
đọc và thẻ sử dụng giao tiếp nối tiếp hai chiều (I/O port).
Một trong những ưu điểm chính của thẻ smard card là trong thực tế, dữ
liệu chứa bên trong thẻ có thể được bảo vệ khỏi những truy nhập và thao tác
không mong muốn. Các thẻ smard cards giúp cho các dịch vụ liên quan đến
thông tin hoặc các giao dịch tài chính đơn giản, an toàn và giảm chi phí đáng kể.
Vì lý do này, 200 triệu thẻ smard card đã được phát hành riêng trang năm 1992.
Trong năm 1995, con số này tăng lên là 600 triệu, trong đó có 500 triệu thẻ
memory card và 100 triệu thẻ microprocessor card. Thị trường thẻ smard card do
đó là một trong những lĩnh vực phát triển nhanh nhất trong ngành công nghiệp vi
điện tử.
Nhược điểm của các thẻ smart card sử dụng công nghệ tiếp xúc đó là có
thể bị hỏng bề mặt tiếp xúc do quần áo, ăn mòn và bụi bẩn. Các thiết bị đọc sử
dụng thường xuyên phải được bảo dưỡng với giá thành cao nhằm tránh việc nhận
dạng sai. Ngoài ra, các đầu đọc với các thiết bị công cộng (như hộp điện thoại
công cộng) có thể không được bảo vệ trước những hành động phá hoại.
Thẻ Memory cards
Trong các thẻ memory card, thông thường một chip EEPROM được sử
dụng với công nghệ truy nhập tuần tự (Hình 1.3). Người dùng có thể tích hợp
các thuật toán bảo mật, như mã hóa luồng để nâng cao mức độ an toàn. Chức
năng của thẻ memory card thường được tối ưu hóa cho các ứng dụng cụ thể, đặc
biệt, và do đó giới hạn khả năng mềm deo của hệ thống. Tuy nhiên, một ưu điểm
Trang 6


đó là giá thành của thẻ memory card rất rẻ. Vì lý do đó, các thẻ memory card
được sử dụng rất nhiều trong các ứng dụng, hệ thống mà giá thành là yếu tố
quan trọng hay cả trong các hệ thống sử dụng số lượng lớn các thẻ.

Hình 1.3 Kiến trúc chung của một thẻ memory card
Thẻ Microprocessor cards
Giống như tên của mình, các thẻ microprocessor card chứa một vi xử lý
được kết nối đến các bộ nhớ phân đoạn (ROM, RAM hoặc EEPROM).
Các thẻ microprocessor card có độ linh hoạt cao. Trong các hệ thống thẻ
thông minh hiện đại ta có thể tích hợp nhiều ứng dụng khác nhau trên một thẻ
đơn (đa ứng ụng). Các thành phần mã lệnh liên quan đến những ứng dụng cụ thể
sẽ chưa được tải lên bộ nhớ EEPROM trong quá trình khi sản xuất, những phần
này có thể được xử lý qua hệ điều hành.
Các thẻ microprocessor card được sử dụng chính trong các hệ thống yêu
cầu độ bảo mật cao. Ví dụ các hệ thống cho dịch vụ điện thoại GSM và các hệ
thống ví điện tử EC (electronic cash). Khả năng lập trình cho các thẻ
microprocessor cũng giúp cho chúng dễ dàng được ứng dụng trong các dịch vụ
và hệ thống mới.

Trang 7


Hình 1.4 Kiến trúc chung của một thẻ microprocessor card
1.1.5. Giới thiệu RFID
Hệ thống nhận dạng dùng sóng vô tuyến RFID (Radio Frequency
IDentification) có nhiều điểm tương tự như các thẻ thông minh smard card - dữ
liệu được lưu trữ trên các thiết bị thu phát tín hiệu. Tuy nhiên, không giống như
smard card, năng lượng nạp cho các thiết bị mang dữ liệu và chuyển đổi dữ liệu
giữa thiết bị mang thông tin và thiết bị đọc được thực hiện không sử dụng cơ chế
tiếp xúc từ (dùng các trường có từ tính). Công nghệ nhận dạng của RFID được
phát triển dựa trên lĩnh vực truyền dẫn radio và công nghệ radar. Do rất nhiều
lợi ích, ưu điểm của các hệ thống RFID mang lại so với các hệ thống nhận dạng
khác, RFID đang trở thành thế lực mới chiếm lĩnh thị trường. Một ví dụ đó là

việc sử dụng của các thẻ thông minh không tiếp xúc như là vé thanh toán chi phí
cầu đường của các phương tiện khi tham gia giao thông.
1.2. Hệ thống RFID
1.2.1. Kiến trúc hệ thống
Hệ thống RFID bao gồm hai thành phần chính (Hình 1.7):
 Thiết bị thu và phát tín hiệu (transponder): được gắn vào đối tượng cần
nhận dạng.
 Thiết bị đọc (reader): phụ thuộc vào từng thiết kế và công nghệ sử
dụng, có thể là thiết bị chỉ đọc hoặc đọc/ghi

Trang 8


Hình 1.5 Hệ thống RFID
Hình 1.6 minh họa một hệ thống RFID trong thực tế. Thiết bị đọc bao
gồm một modul truyền và nhận sóng radio, một đơn vị điều khiển và một thành
phần kết nối đến thành phần transponder. Ngoài ra, rất nhiều bộ đọc hỗ trợ các
chuẩn giao tiếp khác nhau như RS232, RS485,... để có thể giúp hệ thống truyền
dữ liệu nhận được đến các hệ thống khác như PC, hệ thống điều khiển robot, ...

Hình 1.6 Bộ đọc RFID và thẻ smard card
Thiết bị transponder, hay là thành phần mang dữ liệu thực sự của hệ thống
RFID, thông thường bao gồm thành phần kết nối đến thiết bị đọc (ăng ten) và
một microchip (Hình 1.7).

Hình 1.7 Kiến trúc chung của một transponder
Trang 9


1.2.2. Hoạt động

Khi transponder là thiết bị thông thường, không ở trong vùng hoạt động
của thiết bị đọc reader thì nó ở chế độ thụ động hoàn toàn. Transponder chỉ được
kích hoạt khi nó đi vào vùng phủ sóng của reader. Năng lượng để transponder
hoạt động được truyền nhờ đơn vị liên kết coupling sử dụng công nghệ không
tiếp xúc. Đơn vị liên kết này cũng được dùng để chuyển xung thời gian và dữ
liệu.
Tần số hoạt động của transponder: tần số mà các ăng ten trên transponder
dùng để thu phát tín hiệu. Các dải tần phổ biến được sử dụng trong các hệ thống
RFID: LF, HF, UHF và SHF (Bảng 1).
Tên

Khoảng tần số

Khoảng cách đọc

LF (Low Frequency)

30-300 KHz

50 cm

HF (High Frequency)

3-30 MHz

300 cm

UHF (Ultra High Frequency)

300-3000 MHz

900 cm

SHF (Super High Frequency)

3-30 GHz

1000 cm

Bảng 1. Các dải tần phổ biến được sử dụng trong các hệ thống RFID
Khoảng cách đọc được của các transponder phụ thuộc vào nhiều yếu tố:
tần số làm việc, công suất đầu đọc, can nhiễu,..

Trang 10


Trong khuôn khổ của đề tài, do thiết bị transponder là thụ động (chỉ được
kích hoạt khi người dùng mặc đồng phục và đeo thẻ của Nhà trường) nên các
ăng ten được thiết kế là các ăng ten thụ động, hoạt động trong dải tần UHF, SHF.
Ăng ten có hình dạng là Logo của Trường Đại học Hàng hải Việt Nam như hình
1.8.

Hình 1.8 Logo của Trường Đại học Hàng hải Việt Nam

Trang 11


CHƯƠNG 2. THIẾT KẾ ĂNG TEN
1.3. Ăng ten vi dải
Khái niệm về ăng ten vi dải (Microstrip antenna, viết tắt MSA) lần đầu

tiên được đề xuất bởi Deschamps năm 1953, tuy nhiên phải mất tới khoảng 20
năm sau người ta mới chế tạo được anten vi dải thực tế. Những anten vi dải thực
tế đầu tiên được phát triển bởi Howell và Munson. Từ sau đó các nghiên cứu và
phát triển mở rộng của các anten vi dải hướng tới khai thác nhiều lợi thế của
chúng như là kích thước nhỏ, giá thành thấp, tương thích với mạch tích hợp .v.v,
đã làm đa dạng hóa các ứng dụng của chúng.
1.3.1. Cấu trúc ăng ten vi dải
Ăng ten vi dải trong trường hợp đơn giản nhất bao gồm một miếng bức xạ
nhỏ nằm trên một mặt của lớp đế điện môi, và có mặt phẳng nối đất là chất dẫn
điện lý tưởng nằm trên mặt còn lại của lớp đế điện môi. Miếng bức xạ có chiều
rộng là W và chiều dài là L. Giống như nguyên tắc bức xạ của ăng ten nửa sóng,
độ dài L có giá trị cỡ gần bằng λe/2 (λe độ dài bước sóng hiệu dụng xét trong môi
trường tấm điện môi). Hình 2.1 mô tả một ăng ten vi dải có tấm bức xạ hình chữ
nhật và tiếp điện bằng đường vi dải.

Hình 2.1. Ăng ten vi dải hình chữ nhật
Trang 12


Đối với ăng ten vi dải hình chữ nhât, các kích thước tấm bức xạ của ăng
ten được xác định theo công thức cơ bản:
𝑊=

𝐶0
2𝑓𝑟

√𝜀

2

2.1

𝑟 +1

Với 𝐶0 =3*108m/s, 𝜀𝑟 =4.7
Với W/h>1
εreff =

εr+1
2

+

εr −1
2

h −1/2

[1 + 12 ]

2.2

W

Độ dài ∆L ảnh hưởng của hiệu ứng đường viền:
∆L
ℎ

= 0.412

𝑊
ℎ

(𝜀𝑟 +0.3)( +0.264)

2.3

𝑊
ℎ

(𝜀𝑟 −0.258)( +0.8)

Chiều dài của tấm bức xạ L:
𝐿=

𝐶0
2𝑓𝑟 √𝜀𝑟𝑒𝑓𝑓

− 2∆𝐿

2.4

Có nhiều loại chất nền có thể được sử dụng cho thiết kế ăng ten vi dải và
hằng số điện môi của chúng thường trong dải 2.2≤ ξ ≤12. Với việc sử dụng chất
nền dày, hằng số điện môi thấp sẽ cho ăng ten có đặc tính tốt với hiệu suất bức
xạ tốt, băng thông rộng, tuy nhiên sẽ làm tăng kích thước của ăng ten. Với việc
sử dụng chất nền có hằng số điện môi cao hơn sẽ làm giảm kích thước của ăng
ten, tuy nhiên ăng ten sẽ có suy hao lớn, hiệu suất bức xạ và băng thông nhỏ.
1.3.2. Phân loại và đặc tính của ăng ten vi dải
Các ăng ten vi dải được phân loại theo hình dạng và vị trí đặt các tấm bức

xạ vi dải, có thể được quy về 4 dạng chính:
- Ăng ten vi dải dạng tấm (Microstrip Patch Antenna): tấm bức xạ của
ăng ten có thể có nhiều hình dạng khác nhau.
- Ăng ten lưỡng cực vi dải (Printed Dipole Antenna), các tấm bức xạ
được đặt đối xứng ở cả 2 phía (mặt) của tấm điện môi.

Trang 13


- Ăng ten khe vi dải (Print Slot Antenna): các khe hẹp được tích hợp
trên bề mặt tấm bức xạ hay mặt phẳng đất nhằm thay đổi phân bố dòng
điện.
- Ăng ten vi dải sóng chạy (Microstrip Traveling-Wave Antenna) tấm
bức xạ là các dải có dạng sóng, xoáy trôn ốc…
Các ăng ten vi dải có nhiều ưu điểm so với các ăng ten vi sóng truyền
thống như: kích thước nhỏ và nhẹ, thích hợp cho thiết bị đầu cuối cầm tay; giá
thành rẻ do dễ dàng sản xuất hàng loạt sử dụng công nghệ mạch in; dễ dàng tích
hợp với những mạch tích hợp vi dải khác trên cùng một tấm điện môi; tính linh
động cao: sự thay đổi về hình dạng của tấm bức xạ, kích thước, chất liệu điện
môi…cho phép thay đổi các đặc tính đặc trưng của ăng ten như tần số cộng
hưởng, sự phân cực, đồ thị phương hướng, băng thông…; khả năng tạo ra phân
cực tuyến tính và phân cực tròn một cách dễ dàng nhờ thay đổi cách tiếp điện,
hình dạng của ăng ten và các đường tiếp điện và mạng phối hơp trở kháng có thể
chế tạo đồng thời với cấu trúc ăng ten.
Tuy nhiên anten vi dải cũng có những mặt hạn chế: băng hẹp; hiệu suất
bức xạ thấp; công suất nhỏ; chỉ bức xạ trong một nửa không gian trên mặt phẳng
đất; khó có thể đạt được sự phân cực thuần và sự bức xạ do các mối nối và tiếp
điện.
1.4. Ăng ten logo dùng trong nhận dạng bằng sóng vô tuyến
Sự xuất hiện của hệ thống dệt thông minh được xem là nền tảng cho các

hệ thống mạng không dây cơ thể WBAN (Wireless Body Area Network). Trong
WBAN các thiết bị được kích hoạt, tương tác và trao đổi thông tin nhờ tính dẫn
điện của cơ thể con người. Như tất cả các hệ thống không dây khác, ăng ten
đóng vai trò quan trọng trong các hệ thống này. Các ăng ten được tích hợp vào
hệ thống thông qua đồng phục của con người, khi đó chúng thường được thiết kế
là loại ăng ten vi dải có hình Logo.

Trang 14


Để thiết kế thiết bị đầu cuối cho hệ thống, ăng ten được thiết kế là ăng ten
vi dải hoạt động trong dải tần từ 2.4GHz-5GHz (WiFi, WiMAX, Bluetooth,..),
bao gồm:
- Tấm phát xạ: được thiết kế theo logo của trường Đại học Hàng hải
Việt Nam, sử dụng tấm dẫn điện PEC (Perfect Electrical Conductor),
kích thước khởi tạo 40x40x0.03mm3
- Lớp điện môi: sử dụng chất điện môi FR4 với ε=4.7, chiều dày
h=0.8mm
- Tấm bức xạ: sử dụng tấm dẫn điện PEC, kích thước khởi tạo
40x40x0.03mm3
- 02 ngắn mạch có đường kính 0.5mm
Hình 2.2 chỉ ra ảnh 3D của ăng ten được mô phỏng trên phần mềm CST
Microwave Studio version 2014.
Hình dạng ăng ten (logo) và Hệ số tổn hao ngược S11 của ăng ten được
chỉ ra trong hình 2.3 và 2.4.

Hình 2.2 Giao diện thiết kế

Trang 15

Hình 2.3 Ăng ten logo VMU: a) Top view, b) Back view

Hình 2.4 Hệ số tổn hao ngược S11
Ăng ten cho tần số thứ nhất hội tụ tại 2.4GHZ, băng thông 342MHz.
Hình 2.5 chỉ ra đồ thị bức xạ (3D) của ăng ten đạt được. Độ lợi của ăng
ten tại tần số 2.4GHz đạt được là 2.

Trang 16


Hình 2.5 Đồ thị bức xạ (3D) của ăng ten
Để ăng ten tái cấu hình về tần số, nhóm tác giả sử dụng một khe nhỏ (slot)
trên bề mặt tấm bức xạ, đặt 01 PIN diode tại vị trí tâm của slot. Sự đóng/ngắt
của PIN nhằm thay đổi phân bố dòng điện trên bề mặt của tấm (Hình 2.6). Khi
đó ăng ten hội tụ tại 02 tần số: 2.4GHz và 3.0GHz (Hình 2.7).

Hình 2.6 Tấm bức xạ sử dụng slot và PIN diode

Trang 17


Hình 2.7 Hệ số tổn hao ngược S11 của ăng ten khi sử dụng slot

Trang 18


CHƯƠNG 3. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
1.5. Chế tạo ăng ten
Ăng ten được in trên tấm nền là chất điện môi FR4 có ε=4.7, chiều dày

h=0.8mm. Kích thước của tấm bức xạ ăng ten là 40x40mm; khoảng cách giữa
tấm bức xạ và mặt phẳng nối đất là 0.8mm; các ngắn mạch có đường kính
0.5mm. Hình 3.1 chỉ ra hình ảnh của ăng ten được chế tạo.

Hình 3.1. Hình ảnh của ăng ten được chế tạo
1.6. Kết quả đo thực nghiệm
Tần số và hệ số tổn hao của ăng ten đo được được chỉ ra trong hình 3.2.

Hình 3.2 Tần số và hệ số tổn hao của ăng ten
Trang 19


Tần số của ăng ten đo được (Mese) có sự sai khác đôi chút so với kết quả
mô phỏng, các sai số này có thể được giải thích do độ chính xác khi chế tạo, do
ảnh hưởng bức xạ của các thiết bị tích hợp trên hệ thống. Tuy nhiên ăng ten vẫn
hội tụ tại tần số 2.4GHz với băng thông 400MHz.

Trang 20