Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế anten vi dải sử dụng trong hệ thống thông tin vô tuyến

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                             1

MỤC LỤC

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                             2

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Ký hiệu

Tiếng Anh

Tiếng Việt

CST

Computer simulation technology

Phần mềm mô phỏng công nghệ 
trên máy tính

GSM

Global system for mobile communication

Hệ  thống thông tin di động toàn 
cầu

GPS

Global positioning system

Hệ thống định vị toàn cầu

MPA

Microstrip patch antenna

Anten bức xạ vi dải

CPW

Coplanar waveguide

ống dẫn sóng đồng phẳng

GND

Ground

Đất

MTA

Microstrip traveling – wave antenna

Anten vi dải sóng chạy

TM

Transverse magnetic

Từ trường ngang

BW

Bandwidth

Băng thông

DGS

Defected ground structure

Cấu trúc mặt đấu khuyết thiếu

HPBW

Half power beam width 

Độ rộng búp sóng nửa công suất

WLAN

Wireless local area network

Mạng cục bộ không dây

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                             3

DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                             4

 DANH MỤC BẢNG BIỂU

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


LỜI MỞ ĐẦU
Cho đến thời điểm hiện tại không thể  phủ  nhận vai trò quan trọng của 
truyền thông vô tuyến và các thiết bị  liên quan, nó gắn liền với cuộc sống hàng 
ngày và phủ  sóng khắp toàn cầu, những năm gần đây sự  bùng nổ  của nhu cầu 
thông tin vô tuyến  đã thúc đẩy sử phát triển của công nghệ truyền thông vô tuyến,  
cùng với sự  phát triển đó thì anten ­ thành phần không thể  thiếu trong bất kì hệ 
thống viễn thông nào cũng không ngừng được quan tâm nghiên cứu phát triển để 
phù hợp với các thiết bị thông tin vô tuyến hiện đại.
Những nghiên cứu về  anten mang ý nghĩa hiệu quả  truyền thông vô tuyến  
được quan tâm nhất đầu tiên phải kể  đến là anten vi dải . Nhờ  các  ưu điểm nối 
bật như: có kích thước mỏng, nhỏ  gọn, trọng lượng nhẹ, dễ  dàng sản xuất, dễ 
phối hợp trở  kháng và dễ  tích hợp các cấu trúc trên bề  mặt, mà anten vi dải đã 
được lựa chọn làm anten trong các hệ thống thông tin vô tuyến như: Điện thoại di  
động cầm tay, các kỹ thuật lường từ xa, các mạng wifi... Tuy nhiên anten vi dải lại 

có hạn chế  lớn về  mặt băng thông, băng thông rất hẹp trong khi rất nhiều  ứng  
dụng hiện nay đòi hỏi anten phải có kích thước nhỏ, băng thông rộng và đồng thời 
lại có khả năng hoạt động tại nhiều dải tần khác nhau.
Với những yêu cầu thực tế  trên, em lựa chọn đề  tài ‘’Nghiên cứu thiết kế 
anten vi dải sử  dụng trong hệ  thống thông tin vô tuyến’’    làm đồ  án tốt nghiệp 
mình, đồ  án sử  dụng phần mềm CST để  thiết kế  và mô phỏng anten. Nội dung 
của báo cáo đồ án được chia làm ba chương:
Chương 1: Sơ lược về anten vi dải
Chương 2: Phân tích phương pháp tính tính toán, thiết kế  anten vi dải băng 
rộng
Chương 3: Thiết kế, mô phỏng anten vi dải băng rộng bằng phần mềm  
CST
Do một vài yếu tố khách quan và chủ quan nên bản báo cáo vẫn còn tồn tại 
nhiều hạn chế. Em rất mong được sự  đóng góp ý kiến của các thầy cô cũng như 
các bạn để bài báo cáo của em được hoàn thiện hơn nữa.
Hà nội, ngày 20 tháng 12 năm 2018


Sinh viên thực hiên

Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            7

LỜI CẢM ƠN
Trước tiên, em muốn được bày tỏ  sự  biết ơn sâu sắc tới giáo viên hướng 
dẫn của em là cô Hoàng Thị  Phương Thảo – giảng viên Trường Đại học Điện 
Lực đã tận tình hướng dẫn em trong suốt quá trình thực hiện đồ  án tốt nghiệp 
này.

Em xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành và sâu sắc tới các thầy cô giáo trong  
và ngoài trường Đại học Điện Lực đã giảng dạy em trong 4,5 năm qua, những 
kiến thức và kinh nghiệm quý báu mà thầy cô đã truyền đạt cho em trên giảng 
đường đại học là nền tảng giúp em hoàn thành bài báo cáo này và là hành trang  
vững chắc cho em trong bước đường tương lai.
Em xin trân trọng cảm ơn các thầy, cô giáo trong khoa Điện tử viễn thông 
đã tận tình giúp đỡ và tạo điều kiện giúp em hoàn thành đồ án của mình.
Trong quá trình thực tập khó có thể tránh khỏi những sai sót, em rất mong  
nhận được sự góp ý của thầy cô cũng như của các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn.

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            8

CHƯƠNG 1: SƠ LƯỢC VỀ ANTEN VI DẢI
1. Giới thiệu anten vi dải (Microstrip Antenna)
Các khái niệm đầu tiên về  anten vi dải được khởi xướng bởi Deschamps  
vào năm 1953 và Gutton và Baisinot vào năm 1955. Nhưng phải 20 năm sau, một 
anten ứng dụng kỹ thuật vi dải mới được chế tạo.
Anten vi dải đơn giản cấu tạo gồm: một Radiating Patch (mặt bức xạ) rất  
mỏng với bề dày t<< : bước sóng không gian tự do nằm trên Dielectirc Substrate 
(lớp chất nền điện môi) có  <=10 , phía đối diện với patch là Ground Plane (mặt  
phẳng đất). Patch là vật dẫn điện, thường là đồng hay vàng, có thể có hình dạng 
bất kỳ.

Hinh 1. Anten vi d
̀
ải và hệ trục tọa độ

Anten vi dải được đặc tả  bởi nhiều thông số  hơn các anten truyền thống 
khác. Chúng được thiết kế dưới nhiều dạng hình học khác nhau như: hình vuông,  
hình chữ nhật, hình tròn, tam giác, bán cầu, hình quạt, hình vành khuyên.

Hinh 1. Các d
̀
ạng anten vi dải thông dụng
 Một số ứng dụng của anten vi dải:

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            9

­

Các anten dùng trong thông tin vô tuyến.

­

Các radar đo phản xạ thường dùng các dãy anten vi dải phát xạ.

­

Hệ thống thông tin hàng không và vệ tinh dùng anten vi dải để định vị.

­

Vũ khí thông minh .

­

Sử dụng cho GSM hay GPS.

2. Ưu điểm và hạn chế của anten vi dải
Anten vi dải có nhiều  ưu điểm so với các anten vi sóng thông thường và 
các ứng dụng của nó trải khắp dải tần số 100MHz­100GHz.
 Anten vi dải có các ưu điểm [3]:
­ Trọng lượng nhẹ, kích thước nhỏ, bề dày mỏng.
­ Chí phí chế tạo thấp, dễ dàng để sản xuất hàng loạt.
­

Phân cực tuyến tính và phân cực tròn với phương pháp tiếp điện đơn  
giản.

­

Anten hoạt động ở nhiều tần số kép và anten phân cực kép có thể thực 
hiện dễ dàng.
­ Có thể dễ dàng được tích hợp với các mạch tích hợp vi sóng.
­ Các đường tiếp điện và các linh kiện phối hợp trở  kháng có thể 
được cùng thiết kế trên một cấu trúc anten.
­ Linh động giữa phân cực tròn và phân cực thẳng.
­ Tương thích với các thiết bị di động.

 Nhược điểm của anten vi dải [3]
­ Có băng thông hẹp.
­ Độ lợi thấp (thường nhỏ hơn 10 dB).
­ Suy hao lớn trong cấu trúc tiếp điện của các anten mảng.

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            10

­ Đa số  các anten vi dải chỉ  bức xạ  trong nửa không gian phía trên 
mặt phẳng đất.
­ Khả năng tản nhiệt của anten vi dải kém.
­ Các bức xạ không mong muốn  ở đường cấp nguồn và các mối nối 
còn khá nhiều.
­

Khả năng điều khiển điện áp thấp.

­

Độ lợi và hiệu suất giảm, mức độ  phân cực chéo cao với anten mảng  
ở tần số cao.

­

Xuất hiện sóng bề mặt.

3. Một số loại anten vi dải thông dụng
1. Anten patch vi dải
Anten patch vi dải (Microtrip patch antenna: MPA) bao gồm m ột patch d ẫn  
điện dưới dạng hình học phẳng hay không phẳng trên một mặt của đế điện môi 
và mặt phẳng đất nằm trên mặt phẳng còn lại của đế.

Hinh 1. Anten patch vi d

̀
ải
Các thiết kế  anten patch chủ  yếu tập trung vào đặc tính bức xạ  của nó,  
anten patch vi dải có nhiều dạng khác nhau (vuông, chữ nhật, tròn,...) nhưng đặc  
tính bức xạ của chúng hầu như giống nhau. Trong số các loại anten patch vi dải, 
anten có dạng hình chữ  nhật và hình tròn là hai dạng thông dụng và được sử 
dụng rộng rãi [3].

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            11

Hinh 1. M
̀
ột số hình dạng thông dụng của anten patch vi dải
2. Anten khe mạch in 
Anten khe mạch in (Printed slot antenna) có cấu tạo gồm một khe trong 
mặt phẳng đất của một đế được nối đất, khe này có nhiều hình dạng khác nhau: 
hình chữ  nhật,  hình  tròn,...   Anten  này có  thể  được  tiếp   điện  bằng sóng dẫn 
phẳng hay đường truyền vi dải, bức xạ theo hai hướng hay trên cả  hai mặt của 
khe [3].

Hinh 1. Các hình d
̀
ạng anten khe mạch in
3. Anten vi dải lưỡng cực 
Anten vi dải lưỡng cực có hình dạng giống với anten patch hình chữ  nhật  
những khác nhau ở tỉ số L/W. Chiều rộng của anten lưỡng cực so với anten patch  
thường bé hơn 0.05 lần bước sóng trong không gian tự do.

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            12

Đồ thị bức xạ của anten vi dải lưỡng cực và anten patch vi dải giống nhau  
nhưng có các đặc tính khác nhau như: điện trở  bức xạ, băng thông và bức xạ 
phân cực chéo.
Anten vi dải lưỡng cực thích hợp với các ứng dụng tần số cao do chúng sử 
dụng miếng đế điện môi có bề dày tương đối nên đạt được băng thông đáng kể 
[3].

Hinh 1. Anten vi d
̀
ải lưỡng cực
4. Anten vi dải sóng chạy
Anten vi dải sóng chạy (Microtrip traveling­Wave antenna: MTA) gồm các  
dải dẫn điện tuần hoàn hoặc một đường vi dải đủ  dài và rộng để  có thể hỗ trợ 
chế  độ  truyền TE. Trong đó, đầu của anten được nối đất và đầu còn lại được 
mắc tải có điện trở được phối hợp trở kháng để tránh hiện tượng sóng đứng trên 
anten [3].

Hinh 1. Anten vi d
̀
ải sóng chạy

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            13

4. Các kỹ thuật tiếp điện cho anten vi dải
Hiện nay, các phương pháp phổ biến dùng để cấp nguồn cho anten vi dải  
là: cấp nguồn sử dụng đường truyền vi dải, probe đồng trục, ghép khe (aperture­
coupling),ghép gần (proximiti­coupling).
1.4.1

Tiếp điện sử dụng đường truyền vi dải
Phương pháp tiếp điện bằng đường truyền vi dải được sử  dụng nhiều 

nhất trong môi trường truyền dẫn là các mạch tích hợp siêu cao tần. Đường 
truyền vi dải là cấu trúc mạch in cấp cao, bao gồm một dải dẫn điện bằng đồng  
hoặc kim loại khác trên một chất nền cách điện, mặt kia của tấm điện môi cũng 
được phủ  đồng gọi là mặt phẳng đất. Mặt phẳng đất là mặt phản xạ  do đó 
đường truyền vi dải có thể được xem là đường truyền gồm hai dây dẫn.
Có hai tham số  chính là độ  rộng dải dẫn điện W và chiều cao tấm điện 
môi h. Một tham số  quan trọng khác là hằng số  điện môi tương đối của chất 
nền. Hai tham số  đôi khi có thể  được bỏ  qua là độ  dày dải dẫn điện t và điện  
dẫn suất sigma.

Hinh 1. Ti
̀
ếp điện dùng đường truyền vi dải
1.4.2

Tiếp điện bằng probe đồng trục

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            14

Cấp nguồn qua probe là một trong những phương pháp cơ  bản nhất để 
truyền tải công suất cao tần. Phương pháp này, phần lõi của đầu feed được nối  
với patch, phần ngoài nối với mặt phẳng đất của anten vi dải.
 Ưu điểm:
­ Đơn giản trong quá trình thiết kế.
­ Có khả  năng feed tại mọi vị  trí trên tấm patch do đó dễ  phối hợp  
trở kháng.
 Nhược điểm:
­ Vì dùng đầu feed hàn vào patch nên có phần dư  ra phía ngoài làm 
anten không hoàn toàn phẳng và mất tính đối xứng.
­ Khi cần cấp nguồn trong thiết kế  mảng sẽ  đòi hỏi số  lượng đầu 
nối tăng lên gây khó khăn cho việc thiết kế và giảm độ tin cậy.
­ Khi cần tăng băng thông của anten đòi hỏi phải tăng bề dày lớp nền  
dẫn đến bức xạ  rò và điện cảm của probe tăng lên và tăng chiều dài 
lõi cáp.
 
Hinh 1. Ti
̀
ếp điện dùng cáp đồng trục
1.4.3

Tiếp điện bằng phương pháp ghép khe (Aperture Coupling)
Phương pháp này cũng thường được sử dụng nhằm loại bỏ bức xạ không 

cần thiết của đường vi dải. Cấu trúc gồm hai lớp điện môi, patch được đặt trên 
cùng, mặt phẳng đất ở giữa có một khe hở nhỏ, khe ghép luôn đặt dưới và chính  
giữa bản kim loại nhằm giảm phân cực chéo do tính đối xứng, đường tiếp điện  

ở lớp điện môi dưới.

Hinh 1. Ti
̀
ếp điện dùng phương pháp ghép khe

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            15

 Ưu điểm: thông thường lớp điện môi trên có hằng số  điện môi thấp hơn 
lớp điện môi dưới nên hạn chế bức xạ không mong muốn.
 Nhược điểm: phương pháp khó thực hiện do phải làm nhiều lớp, làm tăng 
độ dày của anten. Phương pháp sử dụng cho băng hẹp.
Tiếp điện bằng phương pháp ghép gần (Proximity Coupling)

1.4.4

Bản chất của phương pháp là ghép điện dung giữa đường cấp nguồn và 
patch. Cấu trúc này gồm hai lớp điện môi, đường patch nằm  ở  miếng điện môi 
trên đường tiếp điện ở giữa hai lớp điện môi.

Hinh 1. Ti
̀
ếp điện bằng phương pháp ghép gần
 Ưu điểm:
­

Loại bỏ bức xạ không mong muốn trên đường tiếp điện.

­

Cho băng thông rộng (khoảng 13%).

 Nhược điểm:
­

Khó khăn trong việc thiết kế và thi công vì đường tiếp điện nằm trong 
hai lớp điện môi và làm anten có chiều dày hơn.

5. Anten patch hình chữ nhật
Anten patch hình chữ  nhật là một anten phẳng cơ  bản nhất, nó bao gồm 
một phiến dẫn điện bằng phẳng bên trên một mặt phẳng đất. Có nhiều phương 
pháp tiếp điện cho anten, nhưng thông thường tiếp điện bằng cáp đồng trục hoặc 
đường truyền vi dải. Phần tiếp điện đưa năng lượng điện tử  vào hoặc ra khỏi 
patch. 

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            16

(a) 

(b)

(c)

Hinh 1. 

̀
Anten patch hình chữ nhật
(a)

Phân bố trường ở mode cơ bản

(b)

Phân bố dòng trên bề mặt patch

(c)

Phân bố điện áp (U), dòng (I) và trở kháng (Z) theo chiều dài patch

Hình 12. a, điện trường bằng không  ở  tâm patch, đạt cực đại (dương)  ở 
một cạnh và đạt cực tiểu (âm) ở cạnh đối diện. Tuy nhiên sự biến đổi giữa cực  
đại và cực tiểu xảy ra liên tục do pha tức thời của tín hiệu đặt vào anten. Điện  
trường mở rộng ra cả bên ngoài mặt phân giới điện môi­ không khí. Thành phần 
điện trường mở rộng này được gọi là trường viền (fringing field) và nó làm cho  
patch bức xạ. Một số phương pháp phân tích anten vi dải phổ biến dựa trên khái 
niệm hốc cộng hưởng rò. Do đó, mode cơ  bản khi sử  dụng lý thuyết hóc cộng 
hưởng là mode TM10.
Kí hiệu này thường gây ra nhầm lẫn. TM tượng trung cho phân bố  từ 
trường ngang, có 3 thành phần, đó là: điện trường theo hướng z, từ  trường theo  

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            17

hướng x và y trong hệ tọa độ  Đề các, trục x và y song song với mặt phẳng đất, 
trục z vuông góc với mặt phẳng đất. Giá trị  z hầu như bị bỏ qua do sự biến đổi  
của điện trường theo trục z coi như không đáng kể. Do đó, kí hiệu TMnm chỉ sự 
biến đổi của trường theo hướng x và y, sự  biến đổi của trường theo hướng y  
không đáng kể nên m=0, trường biến đổi chủ  yếu theo hướng x nên ở  mode cơ 
bản n=1.
Hình  12­  b,c   thể   hiện   sự   biến   đổi   dòng   (từ   trường)   và   điện   áp   (điện  
trường) trên patch, dòng đạt cực đại tại tâm patch và cực tiểu gần các cạnh trái 
và phải, trong khi điện trường bằng 0 tại tâm patch và đạt cực đại gần cạnh trái,  
cực tiểu gần cạnh phải. Từ  biên độ  của dòng áp ta có thể  tìm được trở  kháng.  
Trở  kháng đạt cực tieru  ở  giữa patch và cực đại  ở  gần hai cạnh. Có một điểm  
nằm ở vị trí dọc theo trục x tại đó trở kháng là 50 Ohm ta có thể đặt tiếp điện tại 
đó.
6. Nguyên lý bức xạ anten vi dải
Lựa chọn đế điện môi sử dụng có bề mặt mỏng và hệ số điện môi tương  
đối cao giúp bức xạ  anten vi dải tốt hơn với hiệu suất bức xạ cao hơn. Vì thế,  
trong một anten vi dải, người ta sử  dụng các nền điện môi có hệ  số  từ  thẩm 
thấp. Bức xạ anten vi dải có thể được xác định từ  phân bố trường giữa patch và 
mặt phẳng đất hay dưới dạng phân bố dòng điện mặt trên bề mặt của patch. 
Xem anten vi dải như  một mảng gồm hai khe bức xạ  hẹp, m ỗi khe có 
chiều rộng W, chiều cao h và cách nhau một khoảng L, trường bức xạ  anten vi 
dải chính là tổng trường bức xạ từ hai phần tử mảng, trong đó mỗi phần tử biểu 
diễn cho một khe. Khi hai khe giống nhau ta có thể  tính trường tổng cộng bằng 
cách dùng hệ số mảng cho hai khe.
Trường điện vùng xa bức xạ  bởi mỗi khe được tính theo mật độ  dòng 
tương đương như sau:
(1-1)

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            18

(1-2)
(1-3)
Với  

(1-4)

 Khi chiều cao rất nhỏ (k0h <<1), công thức trên được rút gọn còn: 

(1-5)

Trong đó V0 = hE0 là điện áp qua khe.

Hệ   số   mảng   cho   hai   thành   phần   cùng   biên   độ   và   pha   lệch   nhau   một  
khoảng cách Le dọc theo hướng y là :

(1-6)

Với Le là chiều dài hiệu dụng. Khi đó tổng trường điện cho hai khe (cũng như cho anten  
vi dải) là :
  

(1-7)

Với      

Khi (k0h << 1) thì công thức trên trở thành:
(1-8)

 E ­ plane ) 

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            19

Đối với anten vi dải, mặt phẳng x­y () là mặt phẳng I chính và trong mặt 
phẳng này trường bức xạ ở công thức trên trở thành:
(1-9)
 H ­ plane                               
Mặt phẳng H chính của anten vi dải là mặt phẳng x­z (     ) và trong mặt 
phẳng này trường bức xạ ở (1.35) trở thành :

(1-10)
7. Các mô hình phân tích anten vi dải
1.7.1

Mô hình đường truyền (Transmission line)
Anten vi dải hình chữ nhật có hình dạng vật lý bắt nguồn từ đường truyền 

vi dải, những anten loại này có thể  được mô hình như  một phần của đường  
truyền sóng. Mô hình đường truyền sóng là một trong những mô hình trực quan 
nhất trong phân tích anten vi dải và nó tương đối chính xác với lớp điện môi  
mỏng. Mô hình đường truyền sóng rất đơn giản và hữu ích trong việc xem xét 
hoạt động cơ bản của anten vi dải. Mô hình này xem anten vi dải như một mảng 
gồm hai khe bức xạ hẹp, mỗi khe có chiều rộng W, chiều cao h và cách nhau một  
khoảng L [2].
 Hiệu ứng viền
Trường tại gờ  của patch bị  viền do kích thước của patch bị  giới hạn bởi  

chiều dài và chiều rộng, viền là một hàm theo kích thước của patch, chiều cao  
của lớp điện môi và hằng số  điện môi. Hiệu  ứng viền ảnh hưởng đáng kể  đến 
tần số cộng hưởng của anten.
Hầu hết các đường sức điện trường ở trong lớp nền và phần của một số 
đường nằm ở ngoài không khí. Khi L/h>>1, >>1, những đường sức điện tập trung 

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            20

đa phần trong lớp nền điện môi. Hằng số điện môi hiệu dụng dược sử dụng để 
hiệu chỉnh các ảnh hưởng của hiệu ứng viền đối với sóng trên đường truyền.
Giả sử tâm dẫn của đường truyền vi dải với kích thước và chiều cao trên 
mặt phẳng đất ban đầu của nó được đưa vào một lớp điện môi đồng nhất. Hằng  
số điện môi hiệu dụng là hàm của tần số, khi tần số hoạt động tăng, hầu hết các 
đường sức điện trường tập trung trong lớp nền điện môi. Vì vậy đường truyền 
vi dải gần giống với đường truyền đặt trong điện môi đồng nhất có hằng số 
điện môi hiệu dụng tiến tới giá trị hằng số điện môi nền.
Ở  tần số  thấp, hằng số  điện môi hiệu dụng là ε cơ  bản, tần số tăng thì 
hằng số điện môi hiệu dụng càng tiến tới giá trị hằng số điện môi của chất nền.
Hằng số điện môi hiệu dụng được tính theo công thức sau:
(1-11)

 Chiều dài hiệu dụng,  tần số cộng hưởng và chiều rộng hiệu dụng
Trong mặt phẳng Oxy do hiệu ứng viền, kích thước patch của anten vi dải  
về  mặt điện lớn hơn so với kích thước vật lý. Do đó chiều dài điện của patch  
vượt so với chiều dài vật lý một khoảng L về  mỗi phía và được tính theo công 
thức:
(1-12)

Khi đó, chiều dài của patch lúc này sẽ là:  

Hinh 1. Chi
̀
ều dài tấm patch được mở rộng về hai phía

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            21

Giả  sử, mode  ưu thế là TM010 tần số cộng hưởng của anten vi dải là hàm 
của chiều dài:
(1-13)

Với  là vận tốc ánh sáng trong không gian tự do. Do hiệu ứng viền, nên công thức được  
thay thế bằng:

(1-14)

Hệ  số  q là hệ  số  suy giảm chiều dài. Khi độ  dày lớp nền điện môi tăng,  
hiệu  ứng viền tăng dẫn đến sự  khác biệt giữa những bức xạ  rìa và các tần số 
cộng hưởng thấp hơn.
 Điện dẫn
Anten gồm hai khe bức xạ, mỗi khe được diễn tả bởi một dẫn nạp Y (với 
điện dẫn G và điện nạp B),trong đó cho một khe với bề rộng hữu hạn:
(1-15)

Y1= G1 +jB1

(1-16)
(1-17)

 
Hai khe được xem như đồng nhất, dẫn Gạp tương đương của nó sẽ là:

Y2 = Y1; G2 =  G1; B2 = B1
Điện dẫn của khe đơn có được bằng cách phân tích trường theo mô hình  
hốc cộng hưởng.
(1-18)
Với  là công suất bức xạ:

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            22

(1-19)
Do đó, điện dẫn G có thể được biểu diễn lại:

(1-20)
 Trở kháng vào tại tần số cộng hưởng
Do hiệu ứng viền khoảng cách hai khe <, dẫn nạp của khe 2 là:
(1-21)
Dẫn nạp và trở kháng vào tại cộng hưởng là:

(1-22)
(1-23)
Trong thực tế, hai khe có sự ảnh hưởng qua lại lẫn nhau biểu diễn bởi điện dẫn tương  

hỗ  do đó:

(1-24)
Với dấu “+” tương ứng với các mode lẻ, Với dấu “­” tương ứng với các mode chẵn.

(1-25)
Hàm  là hàm Bessel loại 1 bậc không.

Hình biểu diễn thay đổi vị  trí điểm feed và trở  kháng chuẩn hóa ngõ vào  
khi điểm feed dịch chuyển  theo trục y dọc theo đường truyền:

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            23

Hinh 1. Thay đ
̀
ổi vị trí điểm feed để có trở kháng vào phù hợp
Với đường feed vi dải có trở kháng đặc tính 
(1-26)
  là chiều rộng đường feed, ngõ vào  ứng với vị  trí chèn tương  ứng được cho bởi công  
thức:

(1-27)
Với  là dẫn nạp đặc tính của đường feed. Hầu hết các đường feed vi dải có << 1 và<< 1 
nên:

(1-28)
Thường phối hợp trở kháng với điện trở 50 Ohm nên độ dài inset feed là:

(1-29)

1.7.2

Mô hình hốc cộng hưởng

Khi miếng patch được tiếp điện, điện tích phân bố  được thiết lập ở  mặt  
trên và mặt dưới của patch cũng như trên bề mặt của mặt phẳng đất.

Hinh 1. Phân b
̀
ố điện tích và dòng điện trong anten vi dải hình chữ nhật.

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            24

Sự phân bổ điện tích được điều khiển bởi hai cơ chế hút và đẩy. Cơ  chế 
hút là các điện tích trái dấu dưới cùng của miếng patch và mặt phẳng đất có xu 
hướng giữ  nguyên mật độ  điện tích. Cơ  chế  đẩy là giữa các điện tích trên mặt  
đấy của miếng patch đẩy một số  điện tích từ  dưới cùng của patch, xung quanh  
các cạnh lên mặt trên của tấm patch. Sự dịch chuyển này tạo ra các mật độ dòng 
tương ứng là Jb và Jt tại mặt dưới và mặt trên của patch.
Thực tế, anten vi dải có tỉ số h/W rất nhỏ nên cơ chế hút trội hơn và hầu 
hết điện tích tập trung ở mặt dưới miếng patch. Một lượng nhỏ dòng chảy xung  
quanh các cạnh của patch với bề mặt trên cùng của nó, dòng chảy giảm khi tỉ lệ 
h/W giảm, lý tưởng khi dòng này bằng 0 và sẽ không tạo ra từ trường tiếp tuyến  
với cạnh của patch, cho phép 4 cạnh bên được mô hình hóa thành các bề mặt dẫn  

từ hoàn hảo.
Do độ  dày của vi dải rất mỏng, các sóng được tạo ra bên trong của lớp  
nền điện môi bị phản xạ mạnh khi đến cạnh của patch, chỉ có sốt ít năng lượng 
tới được bức xạ, hiệu quả  anten thấp. Vì độ  dày của lớp nền rất nhỏ, có thể 
xem trường dọc theo chiều cao là không đổi, trường dò dọc theo cạnh patch cũng 
rất nhỏ, do đó điện trường E gần như  vuông góc với bề  mặt tấm patch. Chỉ có 
trường TM (từ  ngang) được xét bên trong hốc, mặt trên và đáy là dẫn điện hoàn 
hảo, 4 cạnh tường xung quanh xem như các tường dẫn từ hoàn hảo [2].

Hinh 1. Mô hình h
̀
ốc cộng hưởng

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài


BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP                                                                                                            25

Các trường bên trong hốc cộng hưởng được biểu diễn bởi hàm vô hướng 
Ax thành phần theo trục x của vector từ thế. Ax thõa mãn phương trình sóng đồng 
nhất:
(1-30)
 với 
Giải phương trình vi phân trên ta được nghiệm tổng quát:
Ax = [A1cos(kxx) + B1sin(kxx)][A2cos(kyy) + B2sin(kyy)]

(1-31)

[ A3cos(kzz) + B3sin(kzz)]
Với kx, ky, kz là các hằng số sóng dọc theo các hướng trục x, y, z thõa mãn phương trình:

(1-32)
Điện trường và từ trường bên trong hốc liên quan đến vector thế Ax:

(1-33)
(1-34)
(1-35)
Mode với tần số cộng hưởng thấp nhất là mode  ưu thế, thông thường L>W nên mode  
với tần số cộng hưởng thấp nhất là mode :

(1-36)
Mode   là mode được xét trong mô hình truyền dẫn. Sự phân bố  của một số  mode bậc 
thấp được cho như hình dưới:

GVHD: Ts. Hoàng Thị Phương Thảo                                                                                 SVTH: Lê Thị Hoài