Thiết kế anten cho thiết bị di động dùng trong mạng 3g

Đồ án tốt nghiệp

LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc của mình tới TS. Nguyễn Việt
Hưng đã dành rất nhiều thời gian và tâm huyết hướng dẫn nghiên cứu và giúp em hoàn
thành đồ án tốt nghiệp.
Em xin được bày tỏ lòng biết ơn đối với các thầy cô giáo Bộ môn của Khoa Viễn
Thông và Điện tử,… Học viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông đã chỉ bảo và giảng
dạy em trong suốt những năm học qua.
Hà Nội, 22 tháng 12 năm 2016

1

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

NHẬN XÉT, ĐÁNH GIÁ, CHO ĐIỂM CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
Đồ án: “Thiết kế anten cho thiết bị di động dùng trong mạng 3G” tìm hiểu về lý thuyết
chung trong việc thiết kế anten và ứng dụng thiết kế anten cho thiết bị di động dùng
trong mạng 3G. với sự phát triển mạnh mẽ của các thiết bị không dây thì nhu cầu sử
dụng thiết bị di động ngày càng tăng cao, hướng vào các yếu tố kích thước nhỏ, mỏng,
nhẹ, thẩm mỹ. Điều này dẫn đến sự cần thiết phải tiểu hình hóa các thành phần của thiết
bị di động. Trong đó, anten là một phần quan trọng cần được thu nhỏ và đặt anten vào
bên trong thiết bị. Đồ án giúp sinh viên làm sâu thêm các kiến thức đã học đồng thời
cung cấp các kiến thức chuyên sâu giúp ích cho công việc sau này. Nhờ những lý do
trên mà đồ án mang ý nghĩa khoa học và thực tiễn cao.
Về hình thức đồ án được trình bày rõ ràng, theo đúng qui định về đồ án tốt nghiệp của
Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông.
Trong quá trình làm đồ án, sinh viên Nguyễn Đức Tiến đã thể hiện tinh thần nghiêm túc,

khả năng tìm hiểu và tinh thần học hỏi. Từ đó nắm vững các kiến thức cơ bản và cả các
kiến thức mở rộng trong đồ án.
Nhận xét chung, đồ án đã đáp ứng đầy đủ các nội dung theo đề cương và các yêu cầu
của một đồ án tốt nghiệp. Đề nghị cho phép sinh viên Nguyễn Đức Tiến được bảo vệ
trước hội đồng tốt nghiệp.

Điểm: …………………….………(bằng chữ: …..…………… …….)
…………, ngày

tháng

năm 20

CÁN BỘ- GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
(ký, họ tên)

2

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

MỤC LỤC
DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ.............................................................................5
KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT..............................................................................6
MỞ ĐẦU.............................................................................................................................7

3

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ
Bảng 1.1 Quy ước về các dải tần số:
Bảng 1.2 Dải tần số, thuật ngữ và sử dụng.
Bảng 1.3 Giới hạn SAR chung theo quy định của nước khác nhau.
Bảng 3.1 Kích thước của anten đề xuất.
Hình 1.1 Hệ thống thu và phát tín hiệu
Hình 1.2 Đồ thị phương hướng trong toạ độ cực và toạ độ góc
Hình 1.3 Phân cực tuyến tính và phân cực tròn
Hình 1.4 Bức xạ ngắn trên mặt đất.
Hình 1.5 Các đề xuất của một anten L ngược
Hình 1.6 Anten roi trên ô tô
Hình 1.7 Ở bên trái anten được gắn trên các mặt; bên phải mặt dưới điện thoại đã được
gỡ bỏ hoàn toàn dưới anten
Hình 2.1 Mối quan hệ điển hình giữa các băng thông ăng ten trở kháng của một 900
MHz PIFA anten gắn trên một đầu khung thiết bị di động và độ dài của khung.
Hình 2.2 Vị trí anten điển hình trong một chiếc điện thoại gập. Một vị trí khác để mặt
dưới của chiếc điện thoại có chứa các anten để mở rộng vượt ra ngoài -khớp nối (phải).
Hình 2.3 Vị trí ăng ten điển hình trên điện thoại nắp trượt.
Hình 2.4 Mối quan hệ giữa chiều dài và băng thông tại 1850 MHz. Đối với các liên hệ
băng tần thấp xem Hình 2.1.
Hình 2.5 Mối quan hệ giữa các băng thông và độ cao ăng ten ở 890 MHz.
Hình 2.6 Mối quan hệ giữa băng thông và độ cao ăng ten số 1850 MHz.
Hình 2.7 Cấu trúc của anten thiết kế.
Hình 3.2 Mặt trên của thiết bị di động có chứa anten
Hình 3.3 Mặt dưới của thiết bị di động

Hình 3.4 Ảnh hưởng của tham số N đến VSWR
Hình 3.5 Ảnh hưởng của tham số l3 đến VSWR
Hình 3.6 Ảnh hưởng của tham số l2 đến VSWR
Hình 3.7 Ảnh hưởng của tham số l6 đến VSWR
Hình 3.8Đồ thị hệ số phản xạ của anten
4

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

Hình 3.9 Đồ thị bức xạ của anten.....................................................................................
Hình 3.10 Đồ thị bức xạ của anten (3D)

5

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

KÍ HIỆU CÁC CỤM TỪ VIẾT TẮT

Viết tắt
TRP
TIS
VSWR
PA
SAR

PIFA
IFA
PCB
FPCB
DAIC
MIMO
DAB
MEG

Tiếng Anh
Total radiated power
Total isotropic sensitivity
Voltage standing wave ratio
Power amplifier
Specific absorption rate
Planar inverted-F antenna
Inverted-F antenna
Printed circuit board
Flexible PCB
Dual-antenna interference
cancellation
Multiple-input, multipleoutput
Digital Audio Broadcasting
Main Effective Gain

Tiếng Việt
Tổng công suất bức xạ
Tổng nhạy đẳng hướng
Tỷ số sóng đứng điện áp
khuếch đại công suất

Tốc độ hấp thu riêng
phẳng ăng ten F - ngược
ăng ten F-ngược
bảng mạch in
bảng mạch in linh hoạt
Hủy bỏ sự can nhiễu anten
kép
Nhiều đầu vào, nhiều đầu ra
Phát thanh truyền hình số
Độ lợi hiệu suất chính

6

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

MỞ ĐẦU
Truyền thông không dây đã phát triển rất nhanh chóng trong những năm gần đây,
theo đó các thiết bị di động đang trở nên ngày càng nhỏ gọn hơn. Để thỏa mãn nhu cầu
thu nhỏ các thiết bị di động anten gắn trên các thiết bị đầu cuối cũng phải được thu nhỏ
kích thước. Các anten phẳng, chẳng hạn như anten vi mạch dải (microstrip antenna), có
các ưu điểm hấp dẫn như kích thước nhỏ và dễ gắn lên các thiết bị đầu cuối….; chúng
sẽ là lựa chọn thỏa mãn yêu cầu cần thiết ở trên. Cũng bởi lí do này, kĩ thuật thiết kế
anten phẳng băng thông rộng, hiệu suất cao đã thu hút rất nhiều sự quan tâm của các
nhà nghiên cứu về anten.
Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của các thiết bị không dây thì nhu cầu sử dụng
thiết bị di động ngày càng tăng cao, hướng vào các yếu tố kích thước nhỏ, mỏng, nhẹ,
thẩm mỹ. Điều này dẫn đến sự cần thiết phải tiểu hình hóa các thành phần của thiết bị di

động. Trong đó, anten là một phần quan trọng cần được thu nhỏ và đặt anten vào bên
trong thiết bị.
Gần đây, đã có nhiều kết quả nghiên cứu về phương pháp tiểu hình hóa cấu trúc anten
cho các thiết bị di động được công bố. Kết quả đưa ra là các thiết kế cấu trúc anten
phẳng, đa băng tần bao gồm cả băng tần công tác của thiết bị di động 3G, nhưng các
anten có kích thước tương đối lớn. Nurul H.M.R đề xuất cấu trúc anten phẳng, kích
thước nhỏ (30 × 23 mm), nhưng dải tần công tác cho thiết bị di động 3G hẹp (40 MHz,
với VSWR ≤ 2). Bonefacic D đề xuất kết quả thiết kế anten loại mạch dải hoạt động tại
tần số trung tâm 2,0 GHz, kích thước anten thu nhỏ nhưng băng thông rất hẹp (26
MHz). Karaboikis M đề xuất cấu trúc anten phẳng, dạng chữ F ngược cho các thiết bị
đầu cuối. Shakib M.N đề xuất cấu trúc anten phẳng, dạng chữ W có hệ số tăng ích lớn
nhưng có kích thước lớn (76 × 50 mm). Sarabandi K đề xuất phương pháp tiểu hình
hóa cấu trúc anten với kích thước cỡ 0,05 λ × 0,05 λ. Tuy nhiên, kích thước của các
anten còn tương đối lớn và găp khó khăn trong ứng dụng cho hệ thống MIMO.
Đề xuất phương pháp tiểu hình hóa cấu trúc anten cho thiết bị di động 3G, dựa trên
phương pháp uốn, gập, xẻ khe chấn tử, thiết kế được một cấu trúc anten kiểu uốn chấn
tử dạng vòng. Sử dụng phần mềm mô phỏng CST Studio Suite (mô phỏng anten) để tiến
hành khảo sát anten phẳng, dạng vòng gắn trên một tấm mạch in 2 lớp kim loại đồng
với lớp điện môi FR4 dày 1,6 mm, kích thước của tấm mạch in tương đương kích thước
của thiết bị di động cầm tay. Dải tần được chọn để khảo sát từ 1,8 GHz đến 2,2 GHz,
bao trùm được dải tần công tác của thiết bị di động 3G. Từ đó, thiết kế được một cấu
trúc anten tiểu hình với kích thước 34 × 14 mm, cấu trúc anten này có kích thước tổng
thể nhỏ hơn so với các cấu trúc anten trong, nhưng vẫn bảo đảm về dải thông và các
tham số kỹ thuật khác của anten. Cấu trúc anten này hoàn toàn có thể đặt gọn bên trong
không gian của thiết bị di động và đạt được mục tiêu làm mỏng bề dày của thiết bị di
7

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1

Đồ án tốt nghiệp

động. Cũng bởi lí do này, kĩ thuật thiết kế anten cho thiết bị di động đã thu hút rất nhiều
sự quan tâm của các nhà nghiên cứu anten cà em cũng quyết định lựa chọn đề tài làm đồ
án tốt nghiệp của mình.

8

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ ANTEN
1.1 KHÁI NIỆM ANTEN, LÍ THUYẾT BỨC XẠ SÓNG ĐIỆN TỪ VÀ CÁC
THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA ANTEN
1.1.1. Khái niệm anten
Anten là thiết bị dùng để bức xạ sóng điện từ hoặc thu nhận sóng từ không gian bên
ngoài.
Với sự phát triển của kỹ thuật trong lĩnh vực thông tin, ra đa điều khiển…cũng đòi hỏi
anten không chỉ đơn thuần làm nhiệm vụ bức xạ hay thu sóng điện từ mà còn tham gia
vào quá trình gia công tín hiệu.
Thiết bị
điều chế
Máy phát
Hệ thống cung cấp tín hiệu

Hệ thống
bức xạ
Anten phát

Thiết bị xử lý
Máy thu
Hệ thống cảm thụ bức xạ
Hệ thống gia công tín hiệu
Anten thu

Trong trường hợp tổng quát, anten cần được hiểu là một tổ hợp bao gồm nhiều hệ
thống, trong đó chủ yếu nhất là hệ thống cung cấp tín hiệu đảm bảo việc phân phối năng
lượng cho các phần tử bức xạ với các yêu cầu khác nhau (trường hợp anten phát), hoặc
hệ thống gia công tín hiệu (trường hợp anten thu).

9

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.1: Hệ thống thu và phát tín hiệu
1.1.2.Quá trình vật lý của sự bức xạ sóng điện từ.
Về nguyên lý, bất kỳ hệ thống điện từ nào có khả năng tạo ra điện trường hoặc từ
trường biến thiên đều có bức xạ sóng điện từ, tuy nhiên trong thực tế sự bức xạ chỉ xảy
ra trong những điều kiện nhất định.
Để ví dụ ta xét 1 mạch dao động thông số tập trung, có kích thước rất nhỏ so với
bước sóng, nếu đặt vào mạch một sức điện động biến đổi thì trong không gian của tụ sẽ
phát sinh điện trường biến thiên nhưng điện từ trường này hầu như không bức xạ ra
ngoài mà bị ràng buộc với các phần tử của mạch. Dòng điện dịch chuyển qua tụ điện
theo đường ngắn nhất trong khoảng không gian giữa hai má tụ điện nên năng lượng
trường bị giới hạn trong khoảng không gian ấy. Còn năng lượng từ trường tập trung chủ
yếu trong một thể tích nhỏ trong lòng cuộn cảm. Năng lượng của cả hệ thống sẽ được

bảo toàn nếu không có tổn hao nhiệt trong các dây dẫn và điện môi của mạch.
Nếu mở rộng kích thước của tụ điện thì dòng dịch sẽ lan toả ra càng nhiều và tạo
ra điện trường biến thiên với biên độ lớn hơn trong khoảng không gian bên ngoài.
Điện trường biến thiên này truyền với vận tốc ánh sáng. Khi đạt tới khoảng cách khá
xa so với nguồn chúng sẽ thoát khỏi sự ràng buộc với nguồn, nghĩa là các đường sức
điện sẽ không còn ràng buộc với điện tích của 2 má tụ nữa mà chúng phải tự khép kín
trong không gian hay là hình thành một điện trường xoáy. Theo qui luật của điện
trường biến thiên thì điện trường xoáy sẽ tạo ra một từ trường biến đổi từ trường biến
đổi lại tiếp tục tạo ra điện trường xoáy hình thành quá trình sóng điện từ.
Phần năng lượng điện từ thoát ra khỏi nguồn và truyền đi trong không gian tự do
được gọi là năng lượng bức xạ (năng lượng hữu công). Phần năng lượng điện từ ràng
buộc với nguồn gọi là năng lượng vô công.
1.1.3.Hệ phương trình Maxwell.
Toàn bộ lý thuyết anten được xây dựng trên cơ sở những phương trình cơ bản của
điện động lực học là các phương trình Maxwell.
Trong phần trình bày này ta sẽ coi các quá trình điện từ là các quá trình biến đổi

e iωt

điều hòa theo thời gian,nghĩa là theo quy luật sin, cos dưới dạng phức

(1.1a)
E = Re( E e iωt ) = E cos(ωt )

(1.1b)

E = Im( E e iωt ) = E sin(ωt )
10

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1

Đồ án tốt nghiệp

Các phương trình Maxwell ở dạng vi phân được viết dưới dạng:

(1.2)
rotH = iωε p E + J e
(1.3)

rotE = −iωµH

(1.4)

ρe
divE =
ε

(1.5)

divH = 0

E

là biên độ phức của vecto cường độ điện trường: (V/m)

H

là biên độ phức của vecto cường độ từ trường: (A/m)

Hệ số điện thẩm phức của môi trường được tính theo công thức:
(1.6)
σ 

ε p = ε 1 − i

ωε 


ε hệ số điện thẩm tuyệt đối của môi trường: (F/m)
μ hệ số từ thẩm của môi trường: (H/m)
σ điện dẫn xuất của môi trường: (Si/m)
J

e

ρ

e

là biên độ phức của vecto mật độ dòng điện: (

là mật độ khối của điện tích: (

C
m3

A
m2

)

)

Biết rằng nguồn tạo ra trường điện từ là dòng điện và điện tích. Nhưng trong một
số trường hợp, để dễ dàng giải một số bài toán của điện động lực học, người ta đưa thêm
11

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

vào hệ phương trình Maxwell các đại lượng dòng từ và từ tích. Khái niệm dòng từ và từ
tích chỉ là tượng trưng chứ chúng không có trong tự nhiên.
Kết hợp với nguyên lý đổi lẫn, hệ phương trình Maxwell tổng quát được viết như
sau:
(1.7)
rotH = iωε p E + J e
(1.8)
rotE = −iωµH − J m
(1.9)

ρm
divE =
ε

(1.10)

ρe

divH = −
µ

Giải hệ phương trình Maxwell ta được nghiệm là E và H. Trong phương trình
nghiệm đó cho chúng ta biết nguồn gốc sinh ra E,H và cách thức lan truyền.
1.1.4.Các thông số cơ bản của anten
Trong thực tế kỹ thuật một anten bất kỳ có các thông số về điện cơ bản sau đây :
- Trở kháng vào
- Hiệu suất
- Hệ số định hướng và độ tăng ích.
- Đồ thị phương hướng.
- Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương.
- Tính phân cực
- Dải tần của anten.
a. Trở kháng vào của anten
Trở kháng vào của anten ZA bao gồm cả phần thực và phần kháng là tỷ số giữa điện
áp UA đặt vào anten và dòng điện IA trong anten:
UA
(1.11)
ZA =

IA

= R A + jX A

12

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1

Đồ án tốt nghiệp

Trở kháng vào của anten ngoài ra còn phụ thuộc vào kích thước hình học của anten
và trong một số trường hợp còn phụ thuộc vào vật đặt gần anten.
Thành phần thực của trở kháng vào R A được xác định bởi công suất đặt vào anten
PA và dòng điện hiệu dụng tại đầu vào anten IAe:
PA
(1.12)
RA =

I Ae

Thành phần kháng của trở kháng vào của anten được xác định bởi đặc tính phân bố
dòng điện và điện áp dọc theo anten (đối với anten dây) và trong một số trường hợp cụ
thể có thể tính toán theo các biểu thức của đường dây truyền sóng.
Hầu hết các anten chỉ hoạt động trong một dải tần nhất định vì vậy để có thể truyền
năng lượng với hiệu suất cao từ máy phát đến anten cần phối hợp trở kháng giữa đầu ra
máy phát và đầu vào của anten.
b. Hiệu suất của anten
Anten được xem như là thiết bị chuyển đổi năng lượng, do đó một thông số quan
ηA

trọng đặc trưng của nó là hiệu suất. Hiệu suất của anten
chính là tỷ số giữa công
suất bức xạ Pbx và công suất máy phát đưa vào anten Pvào hay PA:
(1.13)
Pbx

ηA =

PA

Hiệu suất của anten đặc trưng cho mức tổn hao công suất trong anten. Đối với
anten có tổn hao thì Pbx < Pvào do đó

PA = Pbx + Pth

ηA

< 1.Gọi công suất tổn hao là Pth
(1.14)

Đại lượng công suất bức xạ và công suất tổn hao được xác định bởi giá trị điện trở
bức xạ Rbx và Rth vậy ta có:
2
2
(1.15)
( Rbx + Rth )
PA = I Ae
.R A = I Ae

13

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

Từ biểu thức (1.13) ta viết lại thành:
ηA =

(1.16)

Pbx
Rbx
=
Pbx + Pth Rbx + Rth

c. Hệ số hướng tính và hệ số tăng ích
Như đã biết anten có rất nhiều loại và để so sánh giữa các anten với nhau người ta
đưa vào thông số hệ số hướng tính (hệ số định hướng) và hệ số tăng ích (hệ số khuếch
đại hoặc độ lợi). Các hệ số này cho phép đánh giá phương hướng và hiệu quả bức xạ của
anten tại một điểm xa nào đó của trên cơ sở so sánh với anten lý tưởng (hoặc anten
chuẩn)
ηA

Anten lý tưởng là anten có hiệu suất
= 1, và năng lượng bức xạ đồng đều theo
mọi hướng. Anten lý tưởng được xem như một nguồn bức xạ vô hướng hoặc là một
chấn tử đối xứng nửa bước sóng.
Hệ số định hướng của anten D(θ,ϕ) là số lần phải tăng công suất bức xạ khi chuyển
từ anten có hướng tính sang anten vô hướng (anten chuẩn) để sao cho vẫn giữ nguyên
giá trị cường độ trường tại điểm thu ứng với hướng (θ,ϕ) nào đó:
(1.17)
Pbx (θ1 , ϕ1 ) E 2 (θ1 , ϕ1 )
D (θ1 , ϕ1 ) =
=
2
Pbx (0)

E ( 0)

Trong đó:
D(

θ1 , ϕ1

Pbx(
θ1 , ϕ1

) là hệ số định hướng của anten có hướng ứng với phương (

θ1 , ϕ1

θ1 , ϕ1

);

) và Pbx(0) là công suất bức xạ của anten có hướng tính ứng với hướng (

) và công suất bức xạ của anten vô hướng tại cùng điểm xét.
E(

θ1 , ϕ1

), E(0) là cường độ trường tương ứng của chúng.

Điều này có nghĩa là phải tăng lên D(

θ1 , ϕ1

) lần công suất bức xạ Pbx(0) của anten vô
θ1 , ϕ1

hướng để có được trường bức xạ tại điểm thu xem xét bằng giá trị E(
).
Hệ số tăng ích của anten G(θ,ϕ) chính là số lần cần thiết phải tăng công suất dựa vào hệ
thống anten khi chuyển từ một anten có hướng sang một anten vô hướng để sao cho vẫn giữ
nguyên cường độ trường tại điểm thu theo hướng đã xác định (θ,ϕ):
14

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp
G (θ , ϕ ) = η A D (θ , ϕ )

(1.18)

Hệ số tăng ích là một khái niệm đầy đủ hơn, nó đặc trưng cho anten cả đặc tính
bức xạ và hiệu suất của anten. Từ (1.18) có thể thấy hệ số tăng ích luôn nhỏ hơn hệ số
định hướng. Nếu ta biết tăng ích của anten trong dải tần xác định ta có thể tính được P bx
theo công thức sau:
Pbx = PA .G A
(1.19)

d. Đồ thị phương hướng và góc bức xạ của anten
Mọi anten đều có tính phương hướng nghĩa là ở một hướng nào đó anten phát hoặc
thu là tốt nhất và cũng có thể ở hướng đó anten phát hoặc thu xấu hơn hoặc không bức xạ,
không thu được sóng điện từ. Vì vậy vấn đề là phải xác định được tính hướng tính của

anten. Hướng tính của anten ngoài thông số về hệ số định hướng như đã phân tích ở trên
còn được đặc trưng bởi đồ thị phương hướng của anten.
Đồ thị phương hướng là một đường cong biểu thị quan hệ phụ thuộc giá trị tương
đối của cường độ điện trường hoặc công suất bức xạ tại những điểm có khoảng cách
bằng nhau và được biểu thị trong hệ toạ độ góc hoặc toạ độ cực tương ứng với các
phương của điểm xem xét.

15

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.: Đồ thị phương hướng trong toạ độ cực và toạ độ góc
Dạng đồ thị phương hướng có giá trị trường theo phương cực đại bằng một như
vậy được gọi là đồ thị phương hướng chuẩn hoá. Nó cho phép so sánh đồ thị phương
hướng của các anten khác nhau. Trong không gian, đồ thị phương hướng của anten có
dang hình khối, nhưng trong thực tế chỉ cần xem xét chúng trong mặt phẳng ngang (góc
ϕ) và mặt phẳng đứng (góc θ).
Trường bức xạ biến đổi từ giá trị cực đại đến giá trị bé, có thể bằng không theo sự
biến đổi của các góc theo phương hướng khác nhau. Để đánh giá dạng của đồ thị
phương hướng người ta đưa vào khái niệm độ rộng của đồ thị phương hướng hay còn
gọi là góc bức xạ. Góc bức xạ được xác định bởi góc nằm giữa hai bán kính vector có
giá trị bằng 0.5 công suất cực đại, cũng vì vậy mà góc bức xạ còn được gọi là góc mở
nửa công suất.
e. Tính phân cực của anten
 
E, H
Trong trường hợp tổng quát, trên đường truyền lan của sóng, các vector

có biên
độ và pha biến đổi. Theo quy ước, sự phân cực của sóng được đánh giá và xem xét theo sự
biến đổi của vector điện trường. Cụ thể là, hình chiếu của điểm đầu mút (điểm cực đại) của
vector điện trường trong một chu kỳ lên mặt phẳng vuông góc với phương truyền lan của
sóng sẽ xác định dạng phân cực của sóng.
Nếu hình chiếu đó có dạng elip thì phân cực là elip; nếu hình chiếu là hình tròn thì
phân cực là tròn và nếu là dạng đường thẳng thì là phân cực thẳng. Trong trường hợp
tổng quát thì dạng elip là dạng tổng quát còn phân cực thẳng và tròn chỉ là trường hợp
riêng

16

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.: Phân cực tuyến tính và phân cực tròn
Tùy vào ứng dụng mà người ta chọn dạng phân cực. Ví dụ để truyền lan hoặc thu
sóng mặt đất thường sử dụng anten phân cực thẳng đứng bởi vì tổn hao thành phần
thẳng đứng của điện trường trong mặt đất bé hơn nhiều so với thành phần nằm ngang.
Hoặc để phát và thu sóng phản xạ từ tầng điện ly thường sử dụng anten phân cực ngang
bởi vì tổn hao thành phần ngang của điện trường bé hơn nhiều so với thành phần đứng.
f. Dải tần của anten
Dải tần của anten là khoảng tần số mà trong đó các thông số tính toán của anten
nhận các giá trị trong giới hạn cho phép. Giới hạn đó được quy định là mức nửa công
suất. Nghĩa là các tần số lệch với tần số chuẩn fo của anten thì việc lệch chuẩn đó làm
giảm công suất bức xạ không quá 50%. Các tần số trong dải tần của anten thường gọi là
tần số công tác.
Thường dải tần được phân làm 4 nhóm

- Anten dải tần hẹp (anten tiêu chuẩn):
∆f
< 10%
f0

tức là
- Anten dải tần tương đối rộng
10% <

∆f
< 50%
f0

f max
< 1.1
f min

1.1 <

tức là

f max
< 1.5
f min

- Anten dải tần rộng
1 .5 <

f max
<4

f min

- Anten dải tần rất rộng
f max
>4
f min
17

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

Trong đó: Δf = fmax – fmin

g. Các hệ thống anten
 Anten thông dụng: anten râu ôtô, anten tai thỏ tivi, anten vòng cho UHF, anten loga

chu kỳ cho tivi, anten parabol trong thông tin vệ tinh, anten mạch dải trong các thiết
bị di động.
 Trạm tiếp sóng vi ba: anten mặt, anten parabol bọc nhựa.
 Hệ thống thông tin vệ tinh: hệ anten loa đặt trên vệ tinh, anten chảo thu sóng vệ tinh,
mảng các loa hình nón chiếu xạ (20-30GHz).
 Anten phục vụ nghiên cứu khoa học.
Bảng 1.1 Quy ước về các dải tần số:
Dải tần số
3-3 KHz
30-300 KHz

Tên, ký hiệu

Very low Freq (VLF)
Low Freq (LF)

300-3000 KHz

Medium Freq (MF)

3-30 MHz

High Freq (HF)

30-300 MHz

Very High Freq (VHF)

300-3000 MHz

Ultra High Freq (UHF)

3-30 GHz
30-300 GHz

Super High Freq (SHF)
Extremly High Freq (EHF)

Ứng dụng
Đạo hàng, định vị.
Pha vô tuyến cho mục đích
đạo hàng
Phát thanh AM, hàng hải,

trạm thông tin duyên hải,
tìm kiếm.
Điện thoại, điện báo, phát
thanh sóng ngắn, hàng hải,
hàng không.
TV, phát thanh FM, điều
khiển giao thông, cảnh sát,
taxi, đạo hàng.
Tivi, thông tin vệ tinh, do
thám, radar.
Hàng không, vi ba, thông tin
di động, vệ tinh.
Radar, nghiên cứu khoa học

1.2 ANTEN CHO THIẾT BỊ DI ĐỘNG
1.2.1 Giới thiệu
Trải nghiệm của người sử dụng một hệ thống truyền thông di động hoàn toàn phụ thuộc
vào việc thực hiện các kết nối vô tuyến hai chiều giữa các trạm cơ sở và di động. Mỗi
nhà mạng di động tạo ra hệ thống các trạm cơ sở liên kết để cung cấp vùng phủ sóng
càng rộng càng tốt, cung cấp vùng phủ sóng rộng sao cho phù hợp yêu cầu lưu lượng
dữ liệu mong muốn. Trong khi trạm gốc thường được trang bị một anten có độ lợi cao
và một máy phát có khả năng cung cấp tần số vô tuyến (RF) hàng chục watt, anten có
18

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

kích thước bị phụ thuộc vào kích thước thiết bị di động mà vẫn phải hoạt động trong

công suất bức xạ khoảng 1 watt. Trong khi các trạm cơ sở anten thường được đặt ở một
vị trí cố định 10 m trở lên trên mặt đất, các thiết bị di động trong tay của người dùng
thường bị áp vào sát đầu cao khoảng 1,5 m trên mặt đất.
Thiết kế anten đặt ra nhiều thách thức bởi vì anten thiết bị di động đang trở nên quan
trọng khi các nhà mạng phát triển các dịch vụ để cung cấp nhiều dịch vụ hơn. Bây giờ
chúng ta mong đợi một thiết bị đầu cuối di động bỏ túi để có thể cung cấp thoại (có khả
năng thoại video), các dịch vụ dữ liệu tốc độ cao, vị trí và chuyển hướng dịch vụ, giải trí
và nhiều hơn nữa trong tương lai. Không chỉ thực hiện một số mà các dịch vụ mới đòi
hỏi tốc độ dữ liệu cao hơn, nhưng số lượng ngày càng tăng của các phần tử khác nhau
trong các thiết bị di động sẽ gây khó khăn rất lớn về không gian cho các anten. Các nhà
thiết kế thiết bị di động hi vọng rằng nhiều anten có thể làm việc hiệu quả khi ở gần các
bộ phận như camera, đèn flash, loa, pin và các phần cứng khác cần thiết để hỗ trợ khả
năng ngày càng tăng của các thiết bị di động.
Tóm tắt mô tả vắn tắt các mẫu thiết kế anten khác nhau của thiết bị di động. Vấn đề
chính là về hoạt động của anten trong các thiết bị di động và ảnh hưởng của thiết kế
thiết bị di động với khả năng hiệu suất RF có thể đạt được. Phần lớn các cuộc thảo luận
rất quan trọng đối với các nhà thiết kế công nghiệp và các kỹ sư đưa ra những linh kiện
điện tử của thiết bị di động, cũng như các kỹ sư anten.
Trình tự xử lý các đề xuất theo quá trình thứ tự chung mà nhà thiết kế anten sẽ đánh giá
các phần thiết kế - xem xét các đặc điểm mục tiêu kỹ thuật, kích thước và cấu hình của
thiết bị di động và môi trường làm việc của các anten so với các phần tử khác. Các kỹ sư
anten khả năng sẽ chọn thiết kế cho các anten điện tử sau khi xem xét các yếu tố này.

Bảng 1.2 Dải tần số, thuật ngữ và sử dụng.
Băng tần
Tên ngắn gọn
550–1600 kHz
MF radio
2–30 MHz
HF radio

88–108 MHz
Band II
174–240 MHz
Band III
450–470 MHz
450 MHz
470–750 MHz
Band IV/V
824–890 MHz
850 MHz
870 (880)–960 MHz
900 MHz
824–960 MHz (850 and 900 MHz)
Low bands

Dịch vụ
Radio broadcas
Radio broadcast
Radio broadcast
T-DMB TV
Phone + data
DVB-H TV
Phone + data
Phone + data
Phone + data
19

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1

Đồ án tốt nghiệp

1575 MHz
1710–1880 MHz
1850–1990 MHz
1900–2170 MHz
1710–2170 MHz
(1800, 1900 and 2100 MHz)
2.4–2.485 MHz
2.5–2.69 GHz
3.4–3.6 GHz
4.9–5.9 GHz

GPS
1800 MHz
1900 MHz
2100 MHz
High bands
2.4 GHz
2.5 GHz
3.6 GHz
5GHz

Định vị
Phone + data
Phone + data
Phone + data
Phone + data
WLAN
WiMAX™

WiMAX™
WLAN, WiMAX™

Bảng tần số trên được các nước trên toàn thế giới sử dụng, nhưng một số dải tần số khác
được phân bố ở một số nước. Sau khi chuyển sang các dịch vụ truyền hình dạng kỹ
thuật số, hi vọng một số lượng lớn băng tần truyền hình analog hiện nay sẽ được dùng
cho các dịch vụ di động.
1.2.2 Các yêu cầu thực hiện
Trước khi thiết kế anten chúng ta cần xác định các thông số hiệu suất của thiết bị di
động và kiểm tra cách thức tương tác với hoạt động của mạng. Các thông số này thường
được quy định trong đường truyền cùng với thiết kế thiết bị di động.
-Hệ số tăng ích: là số lần cần thiết phải tăng công suất dựa vào hệ thống anten khi chuyển
từ một anten có hướng sang một anten vô hướng để sao cho vẫn giữ nguyên cường độ trường
tại điểm thu theo hướng đã xác định. Việc sử dụng tăng ích cho một anten thiết bị di động
là không khả quan và thông thường người ta xem xét hiệu năng thông qua hiệu suất.
-Hiệu suất: Hiệu suất của một anten thiết bị di động là tỷ lệ tổng công suất cung cấp
cho anten với công suất phát ra của thiết bị di động. Hiệu suất có thể được đo với anten
điều khiển từ một nguồn tín hiệu bên ngoài (hiệu suất thụ động) hoặc với các anten điều
khiển bởi đầu ra RF của điện thoại (hiệu suất chủ động). Trong phép đo chủ động rất
khó để xác định năng lượng phát về phía trước, do đó, các thông số hoạt động tốt là một
thước đo tổng công suất bức xạ (TRP) - đó là điều quan trọng trong hoạt động mạng.
-Băng thông. Băng thông của một anten là dải tần số mà quy định thiết lập các tham số
được dùng. Mục đích của thiết kế anten thiết bị di động là băng thông đủ để chứa các
băng tần _ mà thiết bị di động hoạt động được ở dải tần số đó.
-Giản đồ bức xạ. Đây là tham số phổ biến trong đặc điểm kỹ thuật của anten, và nó có
thể đo được khi thiết kế anten. Tuy nhiên đối với anten cho di dộng, chúng bị gặp phải
hạn chế do tiếp xúc với bàn tay (và đôi khi là đầu) của người sử dụng, vì vậy kết quả đo
20

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1

Đồ án tốt nghiệp

được của các mẫu bị hạn chế. Giản đồ bức xạ thường được đo trong ba mặt phẳng chính
của thiết bị di động.
-Sự phân cực. Các bức xạ từ một thiết bị di động được coi là có tính ngẫu nhiên theo
định hướng phân cực elip. Các phép đo công suất bức xạ thường được làm cách riêng
biệt cho tuyến tính trực giao phân cực thành phần tín hiệu. Điều này có nghĩa rằng các
đặc tính bức xạ 3D đầy đủ của thiết bị di động này được đặc trưng bởi sáu mẫu riêng
biệt (ba mặt cắt và hai thành phần phân cực). Đối với hầu hết các mục đích năng lượng
có trong hướng phân cực tuyến tính trực giao được bổ sung thêm vectơ - như, ví dụ,
hiệu suất hoặc các phép đo TRP.
-Độ lợi hiệu suất chính (MEG). Điều này được tính bằng cách lấy trung bình độ lợi đo
tại điểm trên (thường là hình cầu) bề mặt xung quanh thiết bị di động. Nếu anten không
bị giảm chất lượng, nghĩa là trung bình sẽ là 0 dBi, vì vậy MEG có kết quả là :
10log10η khi η là hiệu suất
-Tổng công suất bức xạ. Đây là tổng công suất ra từ thiết bị di động khi đang phát. Để
đo được tổng công suất, thiết bị di động này được điều khiển bởi một mô hình mô
phỏng trạm cơ sở và công suất phát ra (tóm gọn trong phân cực trực giao) lấy mẫu tại
các điểm xung quanh thiết bị trên một mặt kín.
-Tổng nhạy đẳng hướng (TIS). Độ nhạy được định nghĩa là công suất tín hiệu đầu vào
sinh ra tỷ lệ lỗi khung hoặc tỷ lệ lỗi bit dư. Độ nhạy được lấy mẫu trong phân cực trực
giao tại các điểm trải rộng xung quanh thiết bị di động trên một bề mặt kín. TIS và TRP
cùng xác định hiệu suất thiết bị di động như của thiết bị vô tuyến điện, đặc biệt là phạm
vi tối đa mà thiết bị di động có thể hoạt động từ một trạm gốc với một mức công suất
nhất định. Điều quan trọng là TIS và TRP có mối liên hệ với nhau. Quỹ đường truyền
cho đường lên-xuống (đến và đi từ các trạm cơ sở) được dựa trên giả định về hiệu suất
thiết bị di động, giả định hiệu suất được duy trì trên toàn bộ cả đường truyền và tại các
dải tần số.

Tỷ lệ sóng đứng điện áp (VSWR). Thuật toán đầu vào có thể được mô tả như sau:
• VSWR = (1 + ρυ)/(1 + ρυ) , khi ρυ là các mô đun của hệ số phản xạ điện áp - tỉ số của
sóng phản xạ của sóng chuyển tiếp trong volt.
• Return loss = 20log10 ρυ, (dấu - bỏ qua vì nó không cần thiết và dẫn đến sự nhầm lẫn
trong các cụm như " mất trở lớn hơn -8dB '.)
Trong chương này không đề cập cụ thể về thuật toán / thuật toán có thể được sử dụng
một trong hai trường hợp:
21

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

Các hệ số phản xạ điện = ρυ2 nên công suất tải là (1- ρυ2) và không phản xạ
= 10log10(1- ρυ2).
Thuật toán đầu vào của một anten thiết bị di động là một trong những thông số quan
trọng nhất. Như chúng ta sẽ thấy, kích thước nhỏ của thiết bị di động và anten làm cho
VSWR đầu vào thấp hơn các băng tần yêu cầu. Tác dụng chính của VSWR cao là làm
cho đầu vào bị phản xạ làm giảm hiệu suất của thiết bị. Nói chung, mục tiêu hiệu quả sử
dụng được ưu tiên hơn VSWR mà không được xem như các tham số chính. Đó là mối
quan tâm cần thiết để thiết kế anten.
Kiểm thử thụ động. Trong một kiểm thử thụ động dây cáp hoặc microstrip đồng trục nhỏ
được kết nối giữa các anten và một kết nối đầu vào, cho phép các nhà thiết kế đo
VSWR, mô hình bức xạ và hiệu suất của các anten gắn ở vị trí đầu thiết bị di động (hoặc
có thể để đánh giá ban đầu về một mô phỏng đại diện cho thiết bị di động). Thử nghiệm
thụ động được sử dụng trong thiết kế ban đầu khi các cấu hình anten được tối ưu hóa và
phù hợp với mạch đầu vào được đề xuất.
Kiểm thử chủ động. Trong một kiểm thử chủ động. không có kết nối bên ngoài được
thực hiện đối với thiết bị di động. Một mô phỏng trạm gốc được sử dụng để thiết lập

một cuộc gọi đến thiết bị di động trong một căn phòng không thể phản xạ và các phép
đo được thực hiện để thiết lập các TRP và TIS. Những thông số xác định hiệu suất sẽ
được kiểm nghiệm bởi một người dùng dịch vụ mạng. Nếu người dùng kiểm nghiệm
chất lượng cuộc gọi kém họ thường sẽ khiếu nại về vùng phủ sóng kém; để tránh điều
này, nhiều nhà khai thác mạng thiết lập các tiêu chuẩn của TRP / TIS hiệu suất phải
được đáp ứng bởi thiết bị di động trước khi họ được phép sử dụng trên mạng của họ.
Đôi khi thiết bị di động được đề xuất thực hiện tốt trong các kiểm thử thụ động có thể
không đạt tiêu chuẩn trong các kiểm thử chủ động. Có một số yếu tố góp phần vào sự
khác biệt giữa các phép đo chủ động động và bị động:
-Trong một phép đo TRP đầu ra của bộ khuếch đại công suất (PA) được cấp qua đường
truyền kết nối nội bộ và chuyển đổi một hoặc diplexer.
-Trong một phép đo bị động các anten được cung cấp một nguồn 50-ohm kết hợp. Trong
một phép đo TRP chủ động công suất cung cấp bởi các PA sẽ phụ thuộc vào trở kháng
phức hợp chỉ định bằng các đường truyền kết nối nó vào chuyển mạch / diplexer và
anten. Các đường đặc tính của PA sẽ xác định bao nhiêu năng lượng sẽ cung cấp vào trở
kháng này, đó là khả năng thay đổi đáng kể trong mỗi băng tần hoạt động.
-Trong một phép đo TIS độ nhạy của máy thu bị giảm bởi bất kỳ nhiễu trong thiết bị di
động vì nhiễu có thể làm mất tín hiệu khi tín hiệu yếu. Các màn hình,máy ảnhvà mạch
22

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

nguồn cấp dữ liệu có liên quan tới chúng, thường tạo ra nhiễu, đặc biệt là trong các băng
thấp.
Các phép đo chủ động rất quan trọng vì chúng thể hiện các hoạt động của các thiết bị di
động được sử dụng; các phép đo thụ động đơn giản đễ hiểu. Sự khác biệt giữa chúng là
biện pháp chẩn đoán rất quan trọng để điều chỉnh với các sự cố đột xuất.

Trong quá trình phát triển anten các phép đo được mô tả ở trên thường được thực hiện
với thiết bị di động trong thử nghiệm đặc biệt được làm bằng polystyrene bọt xốp mật
độ thấp. Trong hoạt động thiết bị di động có thể được điều khiển ở xa đầu người dùng(ví
dụ, khi nhắn tin hoặc truy cập vào các dịch vụ Web-based) hoặc áp sát đầu như hoạt
động thoại bình thường. Để mô phỏng các tình huống thiết bị di động được thử nghiệm
kết hợp với mô hình vật lý với suy hao bàn tay và đầu.
Những tác động của đầu và tay đôi khi được gọi là detuning, nhưng thuật ngữ này chưa
thực sự có ích để tìm ra tần số cộng hưởng của anten hay không. Các thuật toán đầu vào
thực tế có thể cải thiện khi được đưa vào thiết bị di động, nhưng điều này chỉ là xác
nhận rằng có một phần năng lượng được phản xạ từ anten. Xác định detuning bằng cách
khảo sát sự thay đổi của tần số trong thuật toán anten tối ưu là không khả thi; chúng
không chỉ ra sự giảm hiệu suất trong các mô hình, cũng không phải là tần số của hiệu
suất tối ưu.
Tỷ lệ hấp thụ riêng (SAR). Một thiết bị di động đặt cạnh cơ thể người dùng sẽ đưa năng
lượng vào các mô bởi điện từ trường. Nghiên cứu cho thấy có thể ảnh hưởng đến các
mô cơ thể, do đó chúng ta phải kiểm tra tỷ lệ mà năng lượng được đưa vào trong một
thể tích mô. Đây là tỷ lệ hấp thụ đặc biệt, có đơn vị là watt cho mỗi kilogram mô. Để
kiểm soát khả năng của cao nhất tại điểm nào đó, cho phép SAR tối đa được quy định
khi áp dụng cho bất kỳ 1 g hoặc 10 g mô.
Điều quan trọng là phải phân biệt giữa các giới hạn tiếp xúc với trường điện từ và mức
SAR tối đa cho phép. Giới hạn SAR sẽ phức tạp hơn và liên quan đến sự hấp thụ bởi cơ
thể của người sử dụng.
Không có giới hạn tiêu chuẩn trên toàn thế giới duy nhất cho SAR, và một số tiêu chuẩn
hiện tại được thể hiện trong bảng 1.3.
Bảng 1.3 Giới hạn SAR chung theo quy định của các nước khác nhau.
Australia
Europe
USA
Japan
Taiwan

Phương
pháp đo

ASA
(ICNIRP)
ARPANSA EN50360

China

ANSI
TTC/MPTC
C95.1b:2004 ARIB
23

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

lường
Toàn bộ
cơ thể
Thể trọng
cao nhất
Trung
bình trên
Thời gian
trung bình

0.08 W/kg

0.08 W/kg

0.04 W/kg

2 W/kg

0.08
W/kg
2 W/kg

1.6 W/kg

2 W/kg

0.08
W/kg
1.6 W/kg 1 W/kg

10 g cube

10 g cube

1 g cube

10 g cube

1 g cube

6 min

6 min

30 min

6 min

30 min

10g
cube

Khi sử dụng, thiết bị di động sẽ ở vị trí bởi vậy cá trường điện từ xuyên qua cơ thể của
người sử dụng. Cơ thể không đồng nhất điện - xương, não, da và các mô khác có mật độ
khác nhau, các hằng số điện môi, các yếu tố mất điện môi và hình dạng phức tạp. Đây là
một thách thức phải được đơn giản để cung cấp cho các nhà thiết kế thiết bị di động các
hướng dẫn kỹ thuật mà họ có thể làm việc. Với một thiết bị di động đặt bên cạnh mô
hình và với bộ phát đang hoạt động. Chúng được chuyển thành các giá trị SAR và các
mẫu tích tụ năng lượng được ánh xạ để xác định các khu vực có mức cao nhất SAR
trung bình trên 1 g và 10 g mẫu. Mô phỏng thường được thực hiện bằng cách sử dụng
'đầu chuẩn', nhưng những thông tin thực tế thu được bằng cách sử dụng mô hình máy
tính có độ phân giải cao dựa trên số liệu khảo sát.
Nghiên cứu mở rộng các ảnh hưởng tới sức khỏe của năng lượng RF được hấp thu từ
thiết bị di động đã được thực hiện ở nhiều nước. Kết quả hiện tại cho thấy rằng bất kỳ
tác dụng rất nhỏ, ít nhất là trong khoảng thời gian mà điện thoại di động đã được sử
dụng thông dụng. Những người quan tâm nên tham khảo các trang web ở chính quyền y
tế lao động lớn của quốc gia và tạp chí y khoa. Nhiệm vụ của nhà thiết kế anten là đảm
bảo người dùng sẽ chỉ bị ảnh hưởng giá trị thấp nhất của SAR phù hợp với việc truyền
tín hiệu radio với công suất yêu cầu của mạng.
-Thiết bị trợ thính: Thiết bị di động hoạt động với giao thức phân chia thời gian

multiplex như GSM phát ra các xung ngắn của năng lượng vô tuyến. Một máy trợ thính
có chứa một bộ khuếch đại âm thanh tín hiệu nhỏ và nếu thiết bị này phát thanh xung
mức tín hiệu cao kết quả thu được tính phi tuyến trong bộ khuếch đại sẽ sinh ra một âm
thanh khó chịu.
1.2.3 Anten chiều dài điện nhỏ
Các kích thước của anten điện thoại di động là rất nhỏ so với bước sóng hoạt động, đặc
biệt là trong các băng thấp. Không chỉ anten nhỏ mà độ dài của thiết bị di động mà
chúng được gắn liền - thường từ 80 đến 100 mm - cũng chỉ là một phần nhỏ của một
24

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1


Đồ án tốt nghiệp

bước sóng dài. Một anten thiết bị di động thông thường nhỏ hơn 0,004 dm 3về thể tích
(khoảng một phần nghìn của một bước sóng) và một khung 90 mm chỉ dài 0,27 λ ở 915
MHz. Các hoạt động của anten chiều dài điện nhỏ được quyết định bởi mối quan hệ cơ
bản giữa hệ số phẩm chất Q nhỏ nhất của chúng với thể tích của hình cầu nhỏ nhất mà
chúng được bao xung quanh, thường được gọi là giới hạn Chu-Harrington.
Chúng ta có thể bù cho trở kháng đầu vào bằng cách thêm một điện kháng đối diện,
nhưng sự kết hợp sẽ có một Q cao hơn và băng thông hẹp hơn. Chúng ta có thể chuyển
đổi hiệu suất sử dụng cho băng thông, nhưng chúng ta muốn đạt được hiệu suất cao nhất
có thể tại cùng một thời gian khi băng thông đủ để trải rộng các băng tần di động - có
thể nhiều băng tần. Dù chúng ta áp dụng cẩn thận, chúng vẫn không thể có hết các thuộc
tính mà chúng ta cần từ một thiết bị nhỏ như vậy.
Một anten nhỏ đơn giản được thể hiện trong hình 1.4, trong đó một đơn cực ngắn được
cấp đối với một mặt phẳng đất. Anten này gồm tất cả điện dung từ tất cả các đường từ
DC đến tần số một khoảng là λ/ 4. Trở kháng đầu vào có dạng Zin = R + JX, trong đó R
có giá trị nhỏ và X có giá trị rất lớn. Băng thông sẽ bị giới hạn bởi các Q của thiết bị,

trong đó Q = X / R. Nếu anten là một phần rất nhỏ của chiều dài bước sóng, chúng cần
thiết để kích thích một dòng rất lớn ở trong làm cho chúng bức xạ công suất lớn; nói
một cách khác, khả năng chống bức xạ của chúng rất nhỏ vì vậy chúng phải mang theo
một dòng lớn để phát công suất yêu cầu.
Hình 1.4 (a) cho thấy bộ phát xạ thẳng đứng ngắn trên mặt đất –chúng ta có thể coi như
hoàn hảo. Các dòng ở phía trên đầu của bộ tản nhiệt bằng không và đạt giá trị tối đa ở
gần cuối (gần tuyến tính bởi vì mặc dù sự phân bố gần giống hình sin, sin θ ≈ θ khi θ là
nhỏ). Chúng ta có thể cải thiện các vấn đề bằng cách kéo dài một dây dẫn nằm ngang ở
phía đỉnh của anten. (Hình 1.4 (b)). Chúng đã tăng kháng bức xạ (RR) và đồng thời làm
giảm điện kháng điện dung Xc tại điểm cấp nguồn, vì vậy Q của anten đã giảm. Hình
1.4 (c) cho thấy một cấu hình khác với các đặc tính tương tự, được biết như một anten
ngược-L.

(a) Bức xạ đơn thẳng đứng

(b) anten T
25

Nguyễn Đức Tiến – D12VT1