Tóm tắt Luận án tiến sĩ Kỹ thuật viễn thông: Nghiên cứu phát triển anten tái cấu hình theo tần số sử dụng chuyển mạch điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

Hoàng Thị Phương Thảo

NGHIÊN CỨU PHÁT TRIỂN ANTEN TÁI CẤU HÌNH THEO TẦN SỐ SỬ
DỤNG CHUYỂN MẠCH ĐIỆN TỬ

Ngành: Kỹ thuật viễn thông
Mã số: 9520208

TÓM TẮT LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

Hà Nội - 2018


Công trình được hoàn thành tại:
Trường Đại học Bách khoa Hà Nội

Người hướng dẫn khoa học:
PGS.TS. Vũ Văn Yêm

Phản biện 1: GS.TS. Nguyễn Bình
Phản biện 2: PGS.TS. Trương Vũ Bằng Giang
Phản biện 3: PGS.TS. Nguyễn Huy Hoàng

Luận án được bảo vệ trước Hội đồng đánh giá luận án tiến sĩ cấp
Trường họp tại Trường Đại học Bách khoa Hà Nội.
Vào hồi …….. giờ, ngày ….. tháng ….. năm ………

Có thể tìm hiểu luận án tại thư viện:

1. Thư viện Tạ Quang Bửu - Trường ĐHBK Hà Nội
2. Thư viện Quốc gia Việt Nam


MỞ ĐẦU
1. Giới thiệu anten tái cấu hình
Với đặc điểm môi trường kênh vô tuyến luôn luôn thay đổi, các hệ thống
thông tin vô tuyến hướng đến các thiết bị thu phát có khả năng thay đổi các tham
số nhằm thích nghi với môi trường kênh. Hơn nữa, vấn đề hạn chế phổ tần vô
tuyến cũng đang là một thách thức trong điều kiện các thiết bị và ứng dụng không
dây phát triển một cách nhanh chóng. Bên cạnh đó, một bộ thu phát cần hoạt động
ở nhiều chuẩn tần số để đáp ứng các ứng dụng khác nhau. Khái niệm anten tái cấu
hình với khả năng tự thay đổi tần số bức xạ, đồ thị bức xạ, phân cực hoặc kết hợp
các tham số trên ra đời nhằm có thể đáp ứng được các yêu cầu trên. Ngoài ra, vấn
đề về tăng dung lượng kênh và tốc độ dữ liệu cũng là một đòi hỏi của hệ thống
thông tin vô tuyến. Hiện nay, hệ thống đa anten hay còn gọi là anten MIMO được
ứng dụng phổ biến trong các hệ thống thông tin vô tuyến. Để kết hợp các ưu điểm
của anten MIMO và anten tái cấu hình, anten MIMO tái cấu hình là một giải pháp
tiềm năng trong việc tăng cường tính năng thông minh linh hoạt, đa năng và giảm
giá thành, kích thước thiết bị của hệ thống vô tuyến kết hợp với tăng dung lượng
kênh và tốc độ dữ liệu của đường truyền.
2. Những vấn đề còn tồn tại
- Cấu trúc anten còn phức tạp, kích thước anten cần tiếp tục được giảm nhỏ.
- Giảm số lượng các phần tử thụ động cho anten tái cấu hình để giảm ảnh hưởng
lên anten, đồng thời giảm chi phí.
- Việc thiết kề nhiều cấu trúc trong một anten là một thách thức.
3. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu nghiên cứu:
Nghiên cứu, đề xuất một số cấu trúc anten đơn, anten MIMO tái cấu hình theo tần
số nhằm cải thiện các tham số như: kích thước, tính đơn giản của cấu trúc anten

và mạch phân cực cho diode, hệ số tăng ích, tương hỗ giữa các phần tử trong anten
MIMO; Nghiên cứu, đề xuất giải pháp đơn giản để tái cấu hình cho anten PIFA.
Đối tượng nghiên cứu:
Anten tái cấu hình theo tần số; Anten tái cấu hình theo tần số hoạt động đơn băng;
Anten đơn, anten MIMO tái cấu hình theo tần số sử dụng chuyển mạch điện tử.
Phạm vi nghiên cứu:
Nghiên cứu các anten đơn, anten MIMO tái cấu hình theo tần số cho thiết bị đầu
cuối trong hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ mới; Dải tần dưới 10 GHz.
3. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Về lý luận:
Góp phần phát triển về các kiến trúc anten tái cấu hình mới, nhằm tạo ra một anten
tái cấu hình có cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ gọn có thể đáp ứng nhiều yêu
cầu khác nhau ứng dụng trong vô tuyến thế hệ mới; Đưa ra những công bố có giá
trị khoa học.
Về mặt thực tiễn:
1


- Ứng dụng các kiến trúc anten đề xuất cho các hệ thống thông tin vô tuyến
thế hệ mới.
4. Những đóng góp chính của luận án
Những đóng góp khoa học của luận án gồm:
1.
Đề xuất các cấu trúc anten đơn tái cấu hình theo tần số có kích thước nhỏ
gọn, cấu trúc đơn giản, gồm:
Cấu trúc anten đơn đơn cực tái cấu hình theo tần số cấp điện đồng phẳng
sử dụng kỹ thuật thay đổi chiều dài phần tử bức xạ
Cấu trúc anten đơn đơn cực tái cấu hình theo tần số áp dụng cấu trúc dây
chêm hở mạch cho phần dẫn sóng của anten để điều khiển phối hợp trở kháng
2.

Đề xuất kỹ thuật tái cấu hình theo tần số cho anten PIFA bằng cách dịch
shorting pin với ưu điểm là đơn giản, có thể áp dụng cho tất cả các cấu trúc anten
PIFA, dễ dàng tăng cấu hình tần số lên một số lượng nhất định mà không làm tăng
kích thước của anten; đồng thời một cấu trúc anten PIFA MIMO tái cấu hình theo
tần số áp dụng kỹ thuật này cũng được đề xuất với cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo,
kích thước phần tử bức xạ nhỏ gọn.
3.
Đề xuất cấu trúc anten MIMO tái cấu hình bằng cách thay đổi cấu trúc của
anten. Anten MIMO tái cấu hình đề xuất có kích thước nhỏ gọn, cấu trúc đồng
phẳng, đơn giản và giảm tương hỗ giữa các phần tử. Cấu trúc đề xuất không cần
sử dụng tụ điện cho mạch phân cực diode giúp anten giảm suy hao.
5. Cấu trúc nội dung của luận án
Luận án này gồm có 4 chương. Chương 1 là tổng quan về anten tái cấu
hình. Trong chương 2, một thiết kế anten tái cấu hình tần số áp dụng kỹ thuật thay
đổi chiều dài phần tử bức xạ được đề xuất. Tiếp theo, chương 3 đề xuất một kỹ
thuật và hai cấu trúc anten dựa theo kỹ thuật thay đổi mạng phối hợp trở kháng
của anten. Một thiết kế anten tái cấu hình theo tần số bằng kỹ thuật thay đổi cấu
trúc của anten được trình bày ở trong chương 4. Phần cuối cùng của luận án là kết
luận và hướng phát triển của đề tài.
TỔNG QUAN VỀ ANTEN TÁI CẤU HÌNH
1.1 Giới thiệu chung
Anten truyền thống có các thuộc tính như đồ thị bức xạ, băng tần hoạt động
hay sự phân cực đều được thiết kế cố định. Đối với anten tái cấu hình, các thuộc
tính này của anten có khả năng thay đổi được. Anten tái cấu hình được định nghĩa
là anten có khả năng thay đổi đặc tính tần số, đồ thị bức xạ, phân cực hoặc kết
hợp các tham số này.
1.2 Ưu nhược điểm của anten tái cấu hình
1.2.1 Ưu điểm
Anten tái cấu hình có một số ưu điểm như: giúp giảm kích thước cho thiết
bị, cách ly tốt giữa các chuẩn không dây, loại bỏ nhiễu giữa các băng tần không

dùng, giảm nhiều giữa các chuẩn không dây... Ngoài ra, anten tái cấu hình có độ
linh hoạt cao giúp tiết kiệm phổ tần, tiết kiệm công suất và giảm nhiễu.
2


1.2.2 Nhược điểm
Việc thiết kế một cấu trúc anten tái cấu hình sẽ phức tạp hơn. Ngoài ra, nếu
số lượng phần tử điện tử tích hợp vào anten quá nhiều sẽ làm cấu trúc anten trở
nên phức tạp và tăng suy hao. Việc tích hợp anten tái cấu hình vào hệ thống vô
tuyến cũng là một thách thức.
1.3 Các tham số quan trọng của anten liên quan đến hoạt động tái
cấu hình
1.3.1 Đáp ứng tần số
Đáp ứng tần số của anten được định
nghĩa là trở kháng đầu vào của anten theo
tần số.
1.3.2 Đặc tính bức xạ
Đặc tính bức xạ được thể hiện thông
qua đồ thị bức xạ, phân cực của anten
chính, độ định hướng và hệ số tăng ích.
1.4 Phân loại anten tái cấu hình
Dựa vào sự thay đổi đổi các tham số của
anten, anten tái cấu hình được phân loại
như sau:
- Anten tái cấu hình theo tần số;
- Anten tái cấu hình theo đồ thị bức
Hình 1.1. Cấu trúc anten
xạ;
- Anten tái cấu hình theo phân cực;
- Anten tái cấu hình kết hợp các loại

trên.
1.4.1 Anten tái cấu hình theo tần số
Anten tái cấu hình theo tần số được
hiểu là tần số cộng hưởng (hay băng tần
làm việc) của anten.
1.4.2 Anten tái cấu hình theo đồ thị
bức xạ
Hình 1.2. Kết quả mô phỏng tham
Anten tái cấu hình theo đồ thị bức xạ
số |S11| của ba cấu hình
có nghĩa là giản đồ phương hướng của
anten được điều chỉnh theo mong muốn.
Luận án đề xuất một anten tái cấu hình sử dụng diode PIN hoạt động ở tần
số 5,8 GHz được ứng dụng để thu phí tự động trong hệ thống giao thông thông
minh. Cấu trúc anten đề xuất được cho ở Hình 1.1. Anten có thể hoạt động ở ba
cấu hình có đồ thị bức xạ khác nhau và cùng chung tần số cộng hưởng như Hình
1.2. Kết quả mô phỏng đồ thị bức xạ của anten ở ba cấu hình khác nhau được biểu
diễn trên Hình 1.3.

3


Cấu hình 1

Cấu hình 2
Cấu hình 3
Hình 1.3. Đồ thị bức xạ 3D ở ba cấu hình
1.4.3 Anten tái cấu hình theo phân cực
Anten tái cấu hình theo phân cực cho phép thay đổi được phân cực của anten,
bao gồm phân cực ngang/đứng, phân cực vòng trái hay phải.

1.5 Anten MIMO tái cấu hình
Anten MIMO tái cấu hình theo tần số được coi là một giải pháp tiềm năng
cho hệ thống thông tin vô tuyến tương lai.
1.6 Ứng dụng của anten tái cấu hình
Anten tái cấu hình có thể được ứng dụng rộng rãi trong nhiều hệ thống như:
vô tuyến nhận thức, thông tin vệ tinh thế hệ mới, các hệ thống MIMO, hệ thống
thông tin di động, hệ thống WLAN, hệ thống giao thông thông minh…
1.7 Các phương pháp tái cấu hình anten
1.7.1 Giới thiệu
Dựa vào phương pháp thay đổi cấu trúc của anten, anten tái cấu hình được
phân loại như Hình 1.4.
Anten tái cấu hình
RF-MEMS PIN-Diode

Diode quang

Biến đổi cấu trúc Sắt, tinh thể lỏng

Diode biến dung, FET
Điện

Quang

Vật lý

Thay đổi vật liệu

Hình 1.4 Các kỹ thuật tái cấu hình anten
1.7.2 Tái cấu hình anten sử dụng phần tử chuyển mạch điện
Tái cấu hình anten dựa vào chuyển mạch điện bao gồm PIN diode, FRMEMS, diode biến dung. Trong đó, PIN diode được sử dụng phổ biến hơn cả bởi

tốc độ chuyển mạch cao, giá thành rẻ, độ cách ly tương đối tốt.
1.7.3 Tái cấu hình anten sử dụng phần tử chuyển mạch quang
Chuyển mạch quang cũng là một giải pháp cho anten tái cấu hình. Tuy
nhiên, chuyển mạch quang yêu cầu hệ thống kích hoạt phức tạp và chi phí đắt nên
không được sử dụng phổ biến.
4


1.7.4 Tái cấu hình anten bằng thay đổi cấu trúc vật lý
Anten tái cấu hình có thể được thực hiện bằng cách thay đổi cấu trúc vật lý
của thành phần bức xạ để thay đổi đặc tính bức xạ. Tuy nhiên, phương pháp này
không được sử dụng rộng rãi do nhược điểm của nó là đáp ứng chậm, giá thành
cao, kích thước và độ phức tạp của anten tăng do phải sử dụng cơ cấu tái cấu hình
vào anten.
1.7.5 Tái cấu hình anten bằng thay đổi vật liệu
Anten tái cấu hình có thể sử dụng vật liệu có khả năng thay đổi đặc tính
bằng tác động bên ngoài. Các anten tái cấu hình bằng cách thay đổi vật liệu thường
bị giảm hiệu suất bức xạ.
1.7.6 Đánh giá các phương pháp tái cấu hình anten
Mỗi kỹ thuật được áp dụng cho anten tái cấu hình đều có những ưu nhược
điểm riêng. Tuy nhiên, anten tái cấu hình sử dụng các chuyển mạch điện là phổ
biến hơn cả bởi nó có nhiều ưu điểm kết hợp. Trong đó, PIN diode có ưu điểm về
nguồn cấp điện bé, suy hao thấp, độ cách ly tốt, giá thành rẻ và tốc độ chuyển
mạch nhanh nhất trong tất cả các chuyển mạch điện.
1.8. Các kỹ thuật tái cấu hình anten theo tần số
1.8.1 Tái cấu hình anten dùng kỹ thuật thay đổi chiều dài phần tử
bức xạ
Tái cấu hình anten theo kỹ thuật thay đổi phần tử bức xạ là kỹ thuật phân bố
lại dòng bề mặt của anten bằng cách thay đổi hình dạng hay độ dài của phần tử
bức xạ của anten trong khi cấu trúc tiếp điện vẫn giữ nguyên. Một cấu trúc anten

tái cấu hình theo tần số áp dụng kỹ thuật này được đề xuất trong chương 2 của
luận án.
1.8.2 Tái cấu hình anten dùng kỹ thuật thay đổi mạng phối hợp trở
kháng
Tái cấu hình anten theo kỹ thuật thay đổi mạng phối hợp trở kháng chính là
thay đổi hình dạng phần tử tiếp điện cho anten hay thay đổi trở kháng anten trong
khi vẫn giữ nguyên cấu trúc bức xạ.
1.8.3 Tái cấu hình anten theo phương pháp thay đổi cấu trúc anten
Ngoài hai kỹ thuật tái cấu hình anten theo tần số như được đề cập ở trên,
một phương pháp khác để tái cấu hình anten đó là thay đổi cấu trúc anten. Kỹ
thuật này được áp dụng trong anten tái cấu hình theo tần số được đề xuất ở chương
4 của luận án.
1.9 Kết luận chương 1
Chương 1 trình bày tổng quan về anten tái cấu hình, các phương pháp tái cấu
hình anten, các kỹ thuật để tái cấu hình anten theo tần số bao gồm kỹ thuật tái cấu
hình anten bằng cách điều chỉnh độ dài của phần tử bức xạ, thay đổi mạng phối
hợp trở kháng và thay đổi cấu trúc anten. Các kỹ thuật tái cấu hình anten theo tần
số là cơ sở để phân tích, thiết kế các anten tái cấu hình được trình bày trong các
chương tiếp theo của luận án.

5


ANTEN TÁI CẤU HÌNH THEO TẦN SỐ SỬ DỤNG KỸ
THUẬT THAY ĐỔI CHIỀU DÀI PHẦN TỬ BỨC XẠ
2.1 Giới thiệu chương
Chương 2 trình bày một thiết kế anten monopole tái cấu hình theo tần số cấp
điện kiểu đồng phẳng với ba cấu hình khác nhau, tạo ra ba băng tần khác nhau
với các tần số cộng hưởng là 2,1GHz, 2,6 GHz và 3,3 GHz. Ưu điểm của anten là
kích thước nhỏ gọn, cấu trúc đơn giản và dễ chế tạo.

2.2 Các bước thiết kế anten monople tái cấu hình theo tần số cấp
điện đồng phẳng
Đầu tiên, một anten đơn cấp điện kiểu đồng
phẳng được thiết kế cộng hưởng ở tần số 2,1
GHz. Tiếp theo, bằng cách thay đổi trạng thái
của diode nhờ vào nguồn cấp điện một chiều,
anten được tính toán để cộng hưởng ở các tần
số tiếp theo là 2,6 GHz và 3,3 GHz.
2.3. Thiết kế anten monople tái cấu
hình theo tần số cấp điện đồng phẳng
2.3.1 Cấu trúc anten
Cấu trúc anten monopole tái cấu hình
theo tần số có cấu trúc đối xứng như trên Hình
2.1.
2.3.2 Tính toán kích thước anten
Hình 2.1. Cấu trúc anten
Đầu tiên, phần cấp điện CPW cho anten
được thiết kế. Tiếp theo, kích thước của anten
và chiều dài của phần tử bức xạ được tính theo công thức lý thuyết, sau đó được
tối ưu bằng phần mềm CST. Kích thước tổng của anten sau khi tối ưu là 24 ×
34 × 1,6 𝑚𝑚3 với kích thước chi tiết ở Bảng 2.1.
Bảng 2.1. Kích thước chi tiết của anten monopole tái cấu hình theo tần số
Tham số

W

L

wf

ws

a

m

Giá trị (mm)
Tham số
Giá trị (mm)

24
g
0,3

34
L1
5

3
L2
9

3
L3
7,5

1
L4
16

1
Lg
16

2.4. Nguyên lý hoạt động của anten đơn cực cấp điện đồng phẳng tái
cấu hình theo tần số
Để tái cấu hình anten, chiều dài của các thanh bức xạ thay đổi bằng cách
thay đổi trạng thái chuyển mạch của diode. Chiều dài của thanh bức xạ thay đổi
để đạt được ba cấu hình anten khác nhau, gọi là S1, S2 và S3.
6


2.4.2 Phân bố dòng bề mặt
Hình 2.2 biểu diễn phân bố dòng bề mặt của anten ở cả ba cấu hình.

(a) Cấu hình S1
(b) Cấu hình S2
(c) Câu hình S3
Hình 2.2 Phân bố dòng bề mặt của các thanh bức xạ ở các cấu hình khác nhau
2.5 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm
Hình ảnh mẫu anten đề xuất được chế tạo như trong
Hình 2.3. Hình 2.4 (a) - (c) là kết quả mô phỏng và đo đạc
mô-đun hệ số suy hao phản hồi ở cả ba trạng thái của anten
tái cấu hình. Kết quả mô phỏng và đo đạc cho thấy, anten có
thể hoạt động ở ba cấu hình tần số khác nhau với tần số cộng
hưởng trung tâm là 2,1 GHz, 2,6 GHz, 3,3 GHz.
Hình 2.3. Mẫu anten chế tạo

(a) Cấu hình S1
(b) Cấu hình S2

(c) Cấu hình S3
Hình 2.4. Kết quả đo và mô phỏng của độ lớn hệ số phản xạ ở ba cấu hình
Hình 2.5 (a) - (c) biểu diễn đồ thị bức xạ 2D của anten đề xuất ở 3 cấu hình
khác nhau.

(a) Cấu hình S1: 2,1 GHz

(b) Cấu hình S2: 2,6 GHz
7


(c) Cấu hình S3: 2,1 GHz
(d) Cấu hình S3: 2,1 GHz
Hình 2.5. Đồ thị bức xạ 2D mặt phẳng XZ và YZ ở ba cấu hình khác nhau
2.6 Kết luận chương 2
Chương 2 trình bày quá trình thiết kế cũng như các kết quả mô phỏng, đo
đạc thực nghiệm của anten đơn cấp điện đồng phẳng tái cấu hình theo tần số ứng
dụng cho UMTS, LTE và WiMAX. Anten có thể tái cấu hình để hoạt động ở ba
cấu hình khác nhau với các tần số cộng hưởng trung tâm là 2,1 GHz, 2,6 GHz và
3,3 GHz. Anten đề xuất có cấu trúc đơn giản, nhỏ gọn với kích thước tổng là 24 ×
34 mm2 . Với cấu trúc này, tần số cộng hưởng của anten có thể được điều chỉnh
để hoạt động ở các tần số mong muốn khác.
ANTEN TÁI CẤU HÌNH THEO TẦN SỐ SỬ DỤNG KỸ
THUẬT THAY ĐỔI MẠNG PHỐI HỢP TRỞ KHÁNG
3.1 Giới thiệu chương
Chương này đề xuất một kỹ thuật tái cấu hình theo tần số bằng cách thay
đổi vị trí “Shorting Pin” (SP) trong anten PIFA dẫn đến thay đổi phối hợp trở
kháng cho anten. Đồng thời, một anten MIMO PIFA tái cấu hình theo tần số áp
dụng kỹ thuật tái cấu hình này cũng được trình bày. Ngoài ra, một thiết kế anten
tái cấu hình theo tần số thứ hai được trình bày trong chương này dựa trên anten

đơn cực. Việc tái cấu hình của anten được thực hiện bằng cách áp dụng kỹ thuật
thay đổi mạng phối hợp trở kháng cho anten kết hợp với hợp với sử dụng thay đổi
chiều dài phần tử bức xạ.
3.2 Anten PIFA tái cấu hình theo tần số bằng kỹ thuật dịch SP
3.2.1 Kỹ thuật tái cấu hình theo tần số cho anten PIFA

Hình 3.1. Cấu trúc anen PIFA truyền thống

Hình 3.2. Mô hình mạch
tương đương của anten PIFA

Kỹ thuật tái cấu hình theo tần số cho anten PIFA bằng kỹ thuật SP được đề
xuất dựa trên nguyên lý khoảng cách giữa SP và cổng cấp điện thay đổi làm thay
8


đổi trở kháng của anten. Điều này được giải
thích thông qua mô hình mạch tương đương
của một anten PIFA truyền thống như Hình
3.1 và Hình 3.2. Khi thay đổi giá trị jX thì
tổng trở kháng của cả hai phần tử song song ở
mạch này sẽ thay đổi. Do vậy, trở kháng của
anten có thể được điều khiển thông qua
khoảng cách giữa cổng cấp điện và SP. Điều
này dẫn đến tần số cộng hưởng của anten
Hình 3.3. Tần số cộng hưởng
được điều khiển thông qua vị trí của SP. Hình
thay đổi khi điều chỉnh D
3.3 biểu diễn thần số cộng hưởng của anten
thay đổi khi điều chỉnh khoảng cách D đối với

một anten PIFA truyền thống.
3.2.2 Các bước thiết kế anten PIFA tái cấu hình theo phương pháp
dịch SP
z
x

Đầu tiên, một anten PIFA đơn băng tần cố định được thiết kế. Tiếp theo, trở
Y khảo sát tần số cộng
kháng anten được điều chỉnh thông qua dịch vị trí SP để
hưởng, từ tần số cộng hưởng yêu cầu sẽ xác định được vị trí SP tương ứng. Sau
đó, anten đơn tái cấu hình và MIMO tái cấu hình được thiết kế dựa trên kết quả
khảo sát.
z

3.2.3 Thiết kế anten PIFA đơn có băng tần hoạt động cố định
x

Y

Phầnứng
tử Cổng
cấp UMTS
Đầu tiên, một anten đơn PIFA đơn có băng tần cốĐế
định
dụng
điện cho
bức xạ
điện
môi
được thiết kế như trong Hình 3.4. Kích thước tổng của phần tử bức xạ hình chữ

nhật là W × L. Giá trị khởi tạo ban đầu L và W được tính toán theo công thức
Đường cấp
Đất
(3.1):
điện
Phần tử Cổng cấp
bức xạ
điện

Đế điện
môi

0
𝐿+𝑊 =
4√𝑒𝑓𝑓

z

(3.1)

Đường cấp
điện

Đất

l3

x

l4

l4

s
l1

s

L=21mm

l5

Y

l5

l3

L=21mm

z
x

Y

l1

w

l2

(a)

W=15.5mm

w

l2
W=15.5mm

(b)
22.5 mm

Phần
tử tửCổng
cấp cấp
Phần
Cổng
bức
xạxạ điện
bức

Đường cấp
điện

Đất

Đất

Đường cấp

điện

(c)

58 mm

22.5 mm

40 mm

điện

58 mm

Mặt phẳng
đất

40 mm

Đế điện
điện
Đế
môi
môi

Đường cấp
điện

Mặt phẳng
đất

Đường cấp
(d)
điện
Hình 3.4. Cấu trúc của anten PIFA băng tần cố định: (a) Cấu trúc tổng thể, (b)
Mặt bên cạnh, (c) Mặt trên (Phần tử bức xạ), (d) Mặt dưới
9
l
l5

s

l4

l4

l3

l5

l1

w

s

L=21mmL=21mm

l3

l1

2

W=15.5mm

w

l2
W=15.5mm

22.5 mm

58 mm


Bảng 3.1. Kích thước của anten PIFA băng tần cố định
Tham số
W
L
w
l1
l2
l3
l4
l5
Giá trị (mm)
15,5
21 1
11,8

3.5 10
5,3 8,2

s
1

(a)
(b)
Hình 3.5. Kết quả mô phỏng của anten PIFA tần số cố định
(a) Mô-đun hệ số suy hao phản hồi, (b) Đồ thị bức xạ 2D (mặt phẳng XZ và YZ)
Hình 3.5 (a) chỉ ra kết quả mô
phỏng tham số |S11| của anten PIFA có
băng tần hoạt động cho ứng dụng
UMTS. Hình 3.5 (b) là đồ thị bức xạ
trên mặt phẳng XZ và YZ ở tần số 2,1
GHz.
3.2.4 Điều khiển tần số cộng
hưởng
Đối với cấu trúc anten PIFA
này, kết quả mô phỏng chỉ ra rằng trở
kháng của anten PIFA hay đổi theo
khoảng cách giữa vị trí tiếp điện và SP.
Hình 3.6 biểu diễn kết quả mô phỏng
mô-đun hệ số suy hao phản hồi khi SP
ở các vị trí khác nhau.

Hình 3.6. Kết quả mô phỏng mô-đun hệ số
suy hao phản hồi khi dịch SP ở các vị trí
khác nhau

3.2.5 Thiết kế anten PIFA MIMO đơn tái cấu hình theo tần số
3.2.5.1 Thiết kế một phần tử anten PIFA tái cấu hình
Anten PIFA đơn tái cấu hình theo tần số có cùng cấu trúc như anten băng
tần cố định đề xuất ở mục 3.2.3. Tuy nhiên, thay vì chỉ có một SP, anten đơn tái
cấu hình theo tần số có bốn SP, gọi là SP1, SP2, SP3 và SP4, được đặt ở vị trí
tương tự như được khảo sát ở bước trên. Hình 3.7 (a), (b) biểu diễn mặt trên và
mặt dưới của anten PIFA tái cấu hình theo tần số. Bằng cách chuyển mạch các
diode PIN, anten đạt được bốn cấu hình tần số khác nhau.
10


SP2

SP1

:Capacitor

= x1

:Diode

SP4

Mặt phẳng
đất
D4

y3

y2 = y1

y4

x2 = x 3 = x4

SP3

D3

SP2

SP1
D2

Tụ điện

D1

(a)
(b)
Hình 3.7. Anten PIFA tái cấu hình theo tần số: (a) Mặt trên, (b) Mặt dưới
:Diode

Hình 3.8 là mẫu anten được chế tạo với kích
thước của phần tử bức xạ rất bé, chỉ 15,5 ×
21 mm2. Kết quả mô phỏng và đo đạc mô-đun hệ số
suy hao phản hồi của anten tái cấu hình được chỉ ra
ở Hình 3.9. Có thể thấy rằng, kết quả mô phỏng và
đo đạc khá tương đồng nhau. Tuy nhiên, ở cấu hình
S3, tần số cộng hưởng trung tâm đo đạc lệch so với

mô phỏng. Nguyên nhân của sự sai lệch này có thể
do dây cấp nguồn một chiều được hàn nối thủ công
để điều chỉnh trạng thái chuyển mạch cho diode. Khi
ứng dụng anten tái cấu hình vào các thiết bị thu phát,
các phần tử gồm diode, tụ điện, dây cấp nguồn một
chiêu và anten phải được tích hợp vào trong một
mạch để giảm sai số.
Ground

D4

D3

D2

D1

Hình 3.8. Mẫu anten PIFA
đơn tái cấu hình

Hình 3.9. Kết quả mô phỏng và đo mô-đun hệ số suy hao phản hồi của
anten PIFA tái cấu hình theo tần số ở các cấu hình
Đồ thị, bức xạ trên mặt phẳng XZ và YZ của anten với bốn cấu hình khác
nhau được thể hiện trên Hình 3.10 (a) – (d).
11


(a)

(c)

(b)

(d)

Hình 3.10. Đồ thị bức xạ 2D (XZ và YZ) ở bốn cấu hình tương ứng với bốn tần
số: (a) 0,85 GHz, (b)1,57 GHz, (c)1,9 GHz, (d) 2,1 GHz
3.2.5.2 Anten MIMO tái cấu hình theo tần số
Mục này trình bày một thiết kế anten MIMO PIFA tái cấu hình theo tần số.
Anten MIMO gồm hai phần tử anten đơn tái cấu hình như đề xuất trong mục
3.2.5.1. Anten MIMO được đặt cách nhau với khoảng cách giữa hai cổng tiếp điện
bằng nửa bước sóng ở tần số 2,1GHz (70 mm) và bằng 0,2 lần bước sóng ở tần số
0,9 GHz theo cách như ở Hình 3.11.
Ở tất cả các cấu hình anten đều đạt được độ cách ly tốt giữa hai phần tử,
với |S21| < -20 dB ở tất cả các băng tần hoạt động. Hình 3. (a) - (d) biểu diễn kết
quả mô đo và mô phỏng của tham số |S11| và |S21|. Bảng 3.3 tóm tắt các thông số
của anten MIMO tái cấu hình.

12


Cổng cấp điện

Đất

Đất

Cổng cấp điện

d = λ/2 = 70 mm

Hình 3.11. Anten PIFA MIMO
(a)2 × 1 tái cấu hình theo tần số

(a)

(c)

(b)

(d)
Hình 3.12. Kết quả đo và mô phỏng tham số S của anten MIMO tái cấu
hình lần lượt ở các trạng thái (a) S1, (b) S2, (c) S3, (d) S4
Bảng 3.2. Tóm tắt thông số của anten MIMO tái cấu hình
Trạng thái hoạt động
S1
S2
S3
S4
Tần số cộng hưởng (GHz)
0,85
1,575
1,9
2,1
Băng thông ở -10 dB (MHz)
125
516
642
534
Hệ số tăng ích cực đại (dBi)

-0,9
2,61
3,02
3,56
Hiệu suất bức xạ
40
97
90
95
13


3.2.6 Thảo luận và đánh giá
Bằng cách thay đổi vị trí SP dẫn đến khoảng cách giữa SP và cổng tiếp điện
thay đổi, tần số cộng hưởng của anten PIFA được điều chỉnh một cách dễ dàng.
Kỹ thuật tái cấu hình anten bằng cách thay đổi vị trí SP được đề xuất trong luận
án có thể áp dụng cho tất cả các loại anten có cấu trúc PIFA để tái cấu hình cho
bất kỳ tần số mong muốn nào. Ngoài tính đơn giản, kỹ thuật này còn cho phép
tăng cấu hình lên một số lượng nhất định mà vẫn giữ nguyên kích thước anten và
không làm anten trở nên phức tạp hơn. Áp dụng kỹ thuật tái cấu hình theo tần số
cho anten PIFA đề xuất, một anten PIFA tái cấu hình theo tần số đã được thiết kế
để hoạt động được ở bốn cấu hình khác nhau. Với anten PIFA tái cấu hình đề xuất,
kích thước của phần tử bức xạ rất nhỏ gọn và tổng kích thước hoàn toàn phù hợp
với các thiết bị như máy tính xách tay, máy tính bảng.
3.3 Anten đơn cực tái cấu hình theo tần số sử dụng kỹ thuật thay đổi
mạng phối hợp trở kháng
3.3.1 Các bước thiết kế anten monopole tái cấu hình theo tần số
Anten được thiết kế, tính toán tuần tự từng bước. Đầu tiên, anten được thiết
kế để hoạt động ở tần số 5,1 GHz, sau đó sử dụng dây chêm điều chỉnh mạng
phối hợp kháng để anten cộng hưởng ở các tần số mong muốn khác.

3.3.2.1 Cấu trúc anten

Hình 3.13. Cấu trúc anten đơn cực tái cấu hình
Cấu trúc anten tái cấu hình đề xuất như ở Hình 3. với các kích thước chi
tiết được thể hiện trong Bảng 3.3.
14


Bảng 3.3. Kích thước chi tiết của anten tái cấu hình (mm)
Ws
30
ws1
1

Ls
40
ls1
11,8

Lg
20
ws2
1

x1
4,5
ls2
16,7

x2

8,5
we2
2

d
9
le2
18

w
3,2

3.3.2.2 Nguyên lý hoạt động
Các cấu hình của anten đạt được bằng cách thay đổi trạng thái của các
PIN diode. Anten hoạt động ở bốn cấu hình gọi là S1, S2, S3, S4 khi các trạng
thái diode D1, D2, D3 thay đổi như trong Bảng 3.4.
Bảng 3.4. Các trạng thái của PIN diode ở các trạng thái
Trạng thái

D1

D2

D3

S
S2
S3
S4

NGẮT
BẬT
NGẮT
NGẮT

NGẮT
NGẮT
BẬT
BẬT

NGẮT
NGẮT
NGẮT
BẬT

Tần số trung
tâm
(GHz)
5,1
5,6
2,4
3,3

3.3.2.3 Tính toán kích thước anten

Anten được tính toán theo lý thuyết, sau đó mô phỏng và tối ưu bằng phần
mềm CST. Kết quả tính toán và mô phỏng được so sánh ở bảng Bảng 3.5.
Bảng 3.5. So sánh giá trị kích thước tính toán và mô phỏng của anten
Trạng thái
S1

S3
S4

Tham số
d
w
x1
ws1
ls1
we2
le2
ws2
ls2
x2

Giá trị tính
toán
8,1
3,1
4
tự chọn
12
Tự chọn
18
Tự chọn
16,2
8,6

Giá trị mô

phỏng
9
3,2
4,5
1
11,8
2
18
1
16,7
8,5

3.3.3 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm
Hình 3. so sánh kết quả đo và kết quả mô phỏng của hệ số phản xạ của
anten tái cấu hình đề xuất ở mỗi cấu hình.
15


(a) Cấu hình S1

(b) Cấu hình S2

(c)Cấu hình S3
(d) Cấu hình S4
Hình 3.14. Kết quả đo và mô phỏng của |S11| ở các cấu hình
Đồ thị bức xạ phương hướng của anten đơn cực với bốn cấu hình khác nhau
tại các tần số 5,1GHz, 5,8 GHz, 3,3 GHz và 2,4 GHz lần lượt được biểu diễn trên
hình trên Hình 3. (a), (b).

(a)

(b)

16


(c)
(d)
Hình 3.15. Đồ thị bức xạ 2D (XZ, YZ) ở trạng thái: (a) S1, (b) S2, (c) S3, (d) S4
3.3.4 Thảo luận và đánh giá
Bảng 3.6. Tổng hợp các tham số của anten đơn cực tái cấu hình đề xuất
Tần số cộng
Băng
Hệ số tăng ích Hiệu suất bức
Cấu hình
hưởng (GHz) thông (%)
(dB)
xạ tổng
5,1
28
2,8
78
S1
5,8
25
2,2
70
S2
2,4
20

1,5
79
S3
3,3
13
1,4
69
S4
Áp dụng kỹ thuật điều chỉnh mạng phối hợp trở kháng, cụ thể ở đây là thay
đổi thành phần dẫn sóng của anten và kết hợp với thay đổi phần tử bức xạ, một
cấu trúc anten đơn cực tái cấu hình theo tần số đã được đề xuất. Anten có thể hoạt
động ở bốn cấu hình khác nhau với các tần số cộng hưởng lần lượt là 5,1GHz, 5,8
GHz, 2,4 GHz và 3,3 GHz tương ứng với băng thông đạt 28%, 25%, 20%, 13%.
Hệ số tăng ích cực đại của anten ở bốn cấu hình khác nhau lần lượt là 1,5 dBi, 1,4
dBi, 2,8 dBi và 2,2 dBi ở tần số 2,4 GHz, 3,3 GHz, 5,1 GHz và 5,6 GHz. Anten
có kích thước nhỏ gọn, chỉ 30 × 40 × 1,6mm3, cấu trúc đơn giản và dễ chế tạo.
3.4 Kết luận chương 3
Chương 3 đã đề xuất một kỹ thuật tái cấu hình theo tần số cho anten PIFA
bằng cách thay đổi mạng phối hợp trở kháng cụ thể là thay đổi vị trí SP của anten
PIFA được đề xuất. Áp dụng kỹ thuật đề xuất, một cấu trúc anten PIFA MIMO
tái cấu hình theo tần số được đề xuất. Bằng cách thay đổi vị trí SP thông qua các
chuyển mạch PIN diode, anten có thể hoạt động ở bốn cấu hình khác nhau với tần
số khác nhau. Đồng thời, một cấu trúc anten đơn cực tái cấu hình theo tần số áp
dụng kết hợp kỹ thuật điều chỉnh mạng phối hợp trở kháng và kỹ thuật thay đổi
chiều dài phần tử bức xạ được đề xuất cho ứng dụng WLAN/WiMax. Anten có
thể hoạt động được ở bốn cấu hình khác nhau với các tần số cộng hưởng trung
tâm lần lượt là 5,1GHz, 5,8 GHz, 2,4 GHz và 3,3 GHz. Ưu điểm của anten là cấu
trúc đơn giản, dễ chế tạo với kích thước nhỏ gọn. Kết quả mô phỏng và đo đạc
cho thấy tiềm năng ứng dụng của anten trong hệ thống thông tin vô tuyến nhận
thức trong tương lai.

17


THIẾT KẾ ANTEN TÁI CẤU HÌNH THEO TẦN SỐ
BẰNG KỸ THUẬT THAY ĐỔI CẤU TRÚC ANTEN
4.1 Giới thiệu chương
Chương 4 đề xuất một thiết kế anten MIMO tái cấu hình theo tần số có thể
hoạt như là anten PIFA, anten vòng và anten monopole. Anten MIMO bao gồm
hai anten đơn tái cấu hình, mỗi anten đơn sử dụng hai PIN diode ở mặt phẳng đất.
Ưu điểm của anten là nhỏ gọn với kích thước của anten MIMO chỉ 51 × 53 ×
0,8 𝑚𝑚3, cấu trúc đơn giản, dễ chế tạo. Đặc biệt, mạch phân cực cho các diode
PIN đơn giản, không sử dụng tụ giúp giảm suy hao cho anten.

(c)

(a)

(b)

Hình 4.1. Cấu trúc của anten đơn tái cấu hình theo tần số:
(a) cấu trúc tổng quan (màu đậm biểu thị phần tử bức xạ ở mặt trước và màu
nhạt biểu thị đất và thanh nối ở mặt sau), (b) Mặt dưới với các diode PIN
được tích hợp, (c) Phần tử bức xạ ở mặt trên
4.2. Các bước thiết kế anten PIFA MIMO tái cấu hình theo tần số ứng
dụng cho UMTS, LTE
Các bước thiết kế anten MIMO tái cấu hình cho ứng dụng UMTS/LTE bao
gồm các bước sau. Đầu tiên, một anten PIFA được thiết kế hoạt động ở tần số 1,9
GHz. Tiếp theo, các vị trí diode và kích thước của phần tử bức xạ được xác định
đặt vào anten để anten chuyển sang cấu hình anten đơn cực khi hoạt động ở tần
số 2,6 GHz. Cấu hình cuối cùng, anten hoạt động với cấu trúc dạng vòng ở tần số

2,4 GHz. Độ dài của phần tử bức xạ được tính toán theo lý thuyết và sau đó được
tối ưu bằng phần mềm.
18


4.3 Thiết kế anten MIMO tái cấu hình theo tần số
4.3.1 Thiết kế một phần tử anten PIFA tái cấu hình theo tần số
4.3.1.1 Cấu trúc anten
Cấu trúc anten đơn tái cấu hình theo tần số được để xuất bao gồm phần tử
bức xạ, đế điện môi và mặt phẳng như ở hình 4.1
4.3.1.2 Nguyên lý hoạt động
Anten có thể hoạt động ở ba cấu hình gồm S1, S2, S3 tùy vào trạng thái của
các diode D1 và D2. Bảng 4.1 mô tả các cấu hình anten khác nhau với các trạng
thái của PIN diode.
Bảng 4.1. Trạng thái của diode PIN ở các cấu hình khác nhau
Tần số cộng hưởng
Cấu trúc
Diode Diode
Cấu hình
trung tâm
anten
D1
D2
(GHz)
Cấu hình 1 (S1) PIFA
BẬT
NGẮT
1,9
Cấu hình 2 (S2) Anten đơn cực NGẮT NGẮT
2,6

Anten
dạng
Cấu hình 3 (S3)
NGẮT BẬT
2,3
vòng
4.3.1.3 Các bước tính toán
Đầu tiên, một anten PIFA đơn hoạt động ở tần số cố định với 𝑓𝑃𝐼𝐹𝐴 =
1,9 GHz được thiết kế. Kích thước của phần tử bức xạ sau khi tính toán theo lý
thuyết và được mô phỏng tối ưu là Wp x Lp = 25 x 13 mm2.
Ở cấu hình S2, anten hoạt động như là cấu trúc anten đơn cực, kích thước
của phần tử bức xạ của cấu trúc đơn cực được chọn để anten cộng hưởng ở
fmpole = 2,6 GHz:
3λ′mpole
(4.1)
2 ∗ WP + L3 + L4 + L5 + S + h =
4
trong đó, λ′mpole là bước sóng ở tần số cộng hưởng của anten đơn cực ở tần số
2,6 GHz.
Ở cấu hình S3, anten hoạt động như là anten dạng vòng, tổng chiều dài điện
của phần tử bức xạ xấp xỉ một nửa bước sóng ở tần số thiết kế floop = 2,3 GHz.
λ′loop
(4.2)
2 ∗ WP + L3 + L4 + L5 + S + L6 + h =
2
4.3.2 Thiết kế anten PIFA MIMO tái cấu hình theo tần số
Anten MIMO tái cấu hình theo tần số có cấu trúc đối xứng gồm hai anten
đơn tái cấu hình đề xuất ở trên được đặt cạnh nhau với khoảng cách cạnh – cạnh
là d = 1mm như trong Hình 4.2. Kích thước tổng của anten MIMO tái cấu hình
bao gồm cả mặt phẳng đất chỉ 51 × 53 × 0,8 mm3 .

Hình 4.3 là mẫu anten MIMO tái cấu hình được chế tạo trên nền đế điện
môi FR4.
19


Hình 4.3. Mẫu anten PIFA tái
cấu hình
Hình 4.2. Cấu trúc anten MIMO tái cấu hình
đề xuất
4.4. Kết quả và thảo luận
4.4.1 Khảo sát ảnh hưởng của khe đến độ cách ly giữa các phần tử
Hình 4.4 biểu diễn tham số S của anten MIMO ở trạng thái S1 trong trường
hợp không có khe xẻ rãnh ở mặt phẳng đất của anten MIMO với khoảng cách d
giữa hai phần tử anten được thay đổi từ 1 mm đến 15 mm.

Hình 4.4. Tham số tán xạ S của anten
MIMO tái cấu hình ở cấu hình S1 khi Hình 4.5. Tham số S của anten MIMO
khoảng cách giữa hai phần tử anten thay
trong trường hợp không có khe
đổi từ 1mm đến 15mm
Để giảm tương hỗ khi hai phần tử trong anten MIMO tái cấu hình đề xuất
đặt gần nhau, một khe xẻ rãnh được thêm vào mặt phẳng đất. Hình 4.5 biểu diễn
kết quả mô phỏng của tham số S ở khoảng cách d = 1mm và so sánh trong trường
hợp không có khe ở cấu hình S1.
20


4.4.2 Kết quả mô phỏng và thực nghiệm tham số của anten MIMO
tái cấu hình
Kết quả mô phỏng và đo đạc tham số |S11| của anten MIMO tái cấu hình ở

cả ba trạng thái S1, S2, S3 được thể hiện lần lượt ở Hình 4.6 (a), 4.7 (a) và 4.8 (a).
Kết quả mô phỏng và thực nghiệm của tham số S ở cả ba cấu hình khá tương
đồng. Hình 4.6 (b), 4.7 (b) và 4.8 (b) biểu diễn đồ thị bức xạ 2D của anten MIMO
với cổng 1 được kích hoạt ở cả ba cấu hình tại tần số cộng hưởng là 1,9 GHz, 2,3
GHz và 2,6 GHz trên mặt phẳng XY và XZ. Hệ số tăng ích cực đại của anten
MIMO là 1,55 dBi, 1,81 dBi, 0,87 dBi tương ứng với cấu hình S1, S2, S3 tại tần
số cộng hưởng trung tâm.

(a)

(b)

Hình 4.6. Cấu hình S1 của anten MIMO tái cấu hình: (a) Kết quả mô phỏng và
thực nghiệm tham số S , (b) Đồ thị bức xạ 2D ở mặt phẳng YZ và XZ

(a)

(b)

Hình 4.7. Cấu hình S2 của anten MIMO tái cấu hình: (a) Kết quả mô phỏng và
thực nghiệm tham số S , (b) Đồ thị bức xạ 2D ở mặt phẳng XY và XZ
21


(a)

(b)

Hình 4.7. Cấu hình S3 của anten MIMO tái cấu hình: (a) Kết quả mô phỏng và
thực nghiệm tham số S , (b) Đồ thị bức xạ 2D ở mặt phẳng XY và XZ

Bảng 4.2. Tóm tắt kết quả mô phỏng của anten MIMO tái cấu hình
Hệ số
Tần số cộng
Hiệu
Băng thông -10 tăng ích
Cấu hình hưởng trung
suất bức Ứng dụng
dB, MHz
cực đại,
tâm, GHz
xạ, %
dBi
300
Cấu hình S1
1,9
(từ 1830 đến
1,55
87
UMTS
2140)
166
Cấu hình S2
2,3
(từ 2024 đến
1,81
78
LTE 2,3 GHz
2400)
140
Cấu hình S3

2,6
(từ 2500 đến
0,87
69
LTE 2,6 GHz
2640)
Bảng 4.2 tóm tắt các kết quả mô phỏng của anten ở ba trạng thái của anten
MIMO tái cấu hình bao gồm tần số cộng hưởng trung tâm, băng tần hoạt động,
hiệu suất bức xạ, hệ số tăng ích cực đại và ứng dụng của anten.
4.5 Kết luận chương 4
Chương này đã đề xuất một anten MIMO 2x1 tái cấu hình theo tần số sử
dụng hai diode PIN cho mỗi phần tử để đạt được 3 cấu hình hoạt động khác nhau.
Mỗi cấu hình là một cấu trúc anten gồm anten PIFA, anten đơn cực và anten dạng
vòng. Anten có cấu trúc đơn giản, kích thước nhỏ gọn, chỉ 51 × 53 × 0,8 mm3
bao gồm cả mặt phẳng đất và mạch phân cực cấp nguồn cho diode đơn giản, không
sử dụng tụ giúp giảm tổn hao cho anten. Hệ số tương hỗ của anten được giảm nhỏ
nhờ cấu trúc xẻ rãnh ở mặt phẳng đất, với tham số |S21| < -20 dB trong cả ba cấu
hình.
22


KẾT LUẬN CHUNG
Luận án đã trình bày tổng quan về anten tái cấu hình trong chương 1 gồm
các đặc điểm của anten tái cấu hình, các kỹ thuật tái cấu hình anten, từ đó làm cơ
sở lý thuyết để đề xuất các kỹ thuật và cấu trúc anten tái cấu hình được trình bày
trong luận án.
Luận án đề xuất một kỹ thuật tái cấu hình theo tần số cho anten PIFA bằng
cách thay đổi mạng phối hợp trở kháng, cụ thể là thay đổi vị trí SP của anten. Kỹ
thuật này có thể áp dụng cho tất cả các cấu trúc anten PIFA và có thể điều chỉnh
tần số mong muốn một cách dễ dàng, cho phép tăng số lượng cấu hình lên mà

không làm tăng kích thước của anten. Áp dụng kỹ thuật tái cấu hình anten bằng
cách dịch SP, một cấu trúc anten PIFA MIMO tái cấu hình theo tần số được đề
xuất với kích thước phần tử bức xạ nhỏ gọn. Bằng cách chuyển mạch các diode
PIN được kết nối với các SP, anten PIFA MIMO có thể hoạt động ở bốn cấu hình
với các tần số trung tâm lần lượt là 0,85 GHz, 1,575 GHz, 1,9 GHz và 2,1 GHz.
Kết quả mô phỏng được kiểm chứng bằng kết quả đo đạc với giá trị mô phỏng và
đo đạc khá tương đồng với nhau. Một cấu trúc anten tái cấu hình khác cũng sử
dụng phương pháp thay đổi mạng phối hợp trở kháng kết hợp với thay đổi phần
tử bức xạ được đề xuất trong luận án. Anten đề xuất có cấu trúc đơn giản, kích
thước nhỏ gọn mà vẫn đảm bảo được hệ số tăng ích đạt yêu cầu. Tần số cộng
hưởng được tính toán và điều chỉnh thông qua kích thước và độ dài của thanh
chêm cũng như thanh bức xạ nối vào anten, do vậy việc điều chỉnh tần số cộng
hưởng theo mong muốn hoàn toàn có thể thực hiện được.
Luận án cũng đã đề xuất một cấu trúc anten đơn cực cấp điện đồng phẳng
tái cấu hình theo tần số khác. Bằng cách thay đổi trạng thái của các chuyển mạch
diode PIN được tích hợp giữa các phần tử bức xạ con, chiều dài của phần tử bức
xạ được tính toán thay đổi để điều chỉnh được tần số cộng hưởng của anten theo
mong muốn. Anten có thể hoạt động ở ba cấu hình với tần số cộng hưởng trung
tầm lần lượt là 2,1 GHz, 2,6 GHz và 3,3 GHz. Anten có cấu trúc đơn giản, kích
thước nhỏ gọn (24×34 mm2 ) với hệ số tăng ích cực đại đạt 1,2 dBi, 1,9 dBi, 2,0
dBi ở các tần số cộng hưởng. Với các tham số này, anten có thể được ứng dụng
cho các thiết bị cầm tay trong hệ thống thông tin vô tuyến thế hệ mới.
Ngoài ra, một cấu trúc anten MIMO tái cấu hình theo tần số khác được đề
xuất bằng cách thay đổi cấu trúc anten. Với ba cấu hình là ba cấu trúc anten khác
nhau, bao gồm anten PIFA, anten đơn cực và anten dạng vòng, tần số cộng hưởng
được thay đổi lần lượt là 1,9 GHz, 2,3 GHz và 2,6 GHz. Anten sử dụng 2 diode
PIN cho mỗi phần tử để tái cấu hình với mạch phân cực cho diode đơn giản, không
sử dụng tụ điện nhằm giảm suy hao cho anten. Anten MIMO tái cấu hình theo tần
số có độ cách ly cao, đạt |S21| < -20 dB ở cả ba cấu hình hoạt động trong khi
khoảng cách cạnh – cạnh giữa các phần tử rất gần nhau, chỉ 1 mm. Với băng tần

hoạt động của ứng dụng UMTS, LTE, tương hỗ thấp và kích thước tổng của anten
MIMO tái cấu hình khá nhỏ, chỉ 51 × 53 × 0,8 mm3, anten hoàn toàn phù hợp
cho các thiết bị cầm tay, đặc biệt là điện thoại.
23