BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ANTEN VÀ TRUYỀN SÓNG đề tài wideband patch dipole antenna

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THƠNG

BÁO CÁO
BÀI TẬP LỚN ANTEN VÀ TRUYỀN SĨNG
Đề tài:

Wideband Patch Dipole Antenna
GVHD:

Phan Xuân Vũ

Các thành viên:
Hàn Thị Tâm

20172802

Đào Xuân Phùng

20172750

Bùi Chí Thành

20172817

Nguyễn Đình Tú

20172883

Hà Nội, 12-2019

MỤC LỤC
Lời mở đầu
1.
2.
3.
4.
5.

Giới thiệu chung về wideband patch dipole antenna
Thiết kế anten và chỉ tiêu kỹ thuật
Mô phỏng an ten bằng phần mềm HFSS
Tối ưu anten
Kết luận

Lời cảm ơn

2


LỜI MỞ ĐẦU
Trong radio và viễn thông, anten lưỡng cực hoặc ống đôi là loại anten đơn giản
và được sử dụng rộng rãi nhất. Một anten lưỡng cực thường bao gồm hai phần
tử dẫn giống nhau như dây kim loại hoặc thanh. Dòng điện từ máy phát được áp
dụng hoặc để nhận anten, tín hiệu đầu ra đến máy thu được lấy, giữa hai nửa ăng
ten. Mỗi bên của đường dẫn đến máy phát hoặc máy thu được kết nối với một
trong các dây dẫn. Lưỡng cực là loại ăng ten đơn giản nhất theo quan điểm lý
thuyết. Thông thường nhất, nó bao gồm hai dây dẫn có độ dài từ đầu đến cuối
được định hướng bằng nhau với đường dẫn được kết nối giữa chúng. Các lưỡng
cực thường được sử dụng làm ăng ten cộng hưởng.

Trong báo cáo này, nhóm chúng em xin được sử dụng những kiến thức cơ bản
về anten cũng như những tìm hiểu của mình về 1 loại anten lưỡng cựcwideband patch dipole antenna để thực hiện mô phỏng anten này trên phần mềm
HFSS.

3


CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WIDEBAND PATCH DIPOLE
ANTENNA
1. Giới thiệu chung
Hiện nay anten lưỡng cực là một trong những ăng ten phổ biến nhất trong
thiết kế và sử dụng, loại anten này có cấu trúc đơn giản, được sử dụng
rộng rãi trong sóng ngắn, dải vi sóng,…
Do anten lưỡng cực này cũng là một loại ăng ten cộng hưởng nên băng
thơng của nó tương đối hẹp (chỉ khoảng 5 phần trăm). Nhiều kỹ thuật
được phát triển để mở rộng dải tần số của nó như: ăng ten hình nón đôi,
ăng ten tay áo, lưỡng cực tam giác, lưỡng cực phẳng, v.v, tuy nhiên,
phương pháp hiệu quả nhất trong các kỹ thuật này là tăng đường kính và
giảm tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính. Phương pháp này đặc biệt hữu
ích trong việc cải thiện đặc tính kháng trong dải vận hành, ví dụ, băng
thơng của ăng ten hình nón có thể đạt tới vài hoặc thậm chí hàng chục dải
tám quãng tám.
Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng ăng ten monopole vá có
đặc tính băng thông tốt. Năm 1992, một ăng ten đơn cực phẳng tròn với
dải tần số rộng từ 90 MHz đến 770 MHz được phát triển tại Nhật Bản.
Sau đó, nhiều hình dạng miếng vá khác nhau như hình bầu dục và hình
thang được giới thiệu cho ăng ten đơn cực phẳng băng rộng. Tương tự,
một loại anten lưỡng cực vá hình chữ nhật cũng được trình bày để tăng
băng thơng có dải tần số 57% có thể đạt được với VSWR nhỏ hơn 1,5 khi
chiều dài và chiều rộng của hình chữ nhật gần giống nhau. Khi được đặt

trên một mặt phẳng vơ hạn, băng thơng tương đối có thể tăng lên 75%.
Anten được sử dụng trong bài là anten lưỡng cực vá hình chữ nhật và
hình trịn. Kết quả mô phỏng và thử nghiệm cho thấy băng thông tương
đối có thể thu được 66,7% với VSWR nhỏ hơn 2.

2. Cấu tạo của anten
Wideband patch dipole antenna có cấu tạo giống như hình sau:

4


Anten có 2 cánh tay lưỡng cực là 2 miếng vá kim loại hình chữ nhật( mũi tên
trên hình) có chiều dài L và chiều rộng W, 2 miếng vá cách nhau 1 đoạn là G( là
1 hình trịn được cấp điện áp xoay chiều), giữa 2 miếng vá kim loại và mặt đất
cách nhau 1 khoảng bằng h.
Người ta cũng có thể sử dụng bảng kim loại để chế tạo cánh tay vá của anten,
hoặc in trên chất nền và sử dụng đường đồng trục làm nguồn nuôi.
CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ANTEN VÀ CHỈ TIÊU KỸ THUẬT
Kích thước của anten phụ thuộc rất lớn vào tần số hoạt động, trong bài
mô phỏng này, anten hoạt động ở tần số 1GHz, mặt đất được thu hẹp
thành hình chữ nhật với kích thước dài B=280mm, rộng A= 180mm, 2
cánh tay lưỡng cực hình chữ nhật có kích thước bàng nhau với chiều dài
và chiều rộng W=L=56mm được nối bởi hình trịn có bán kính G=5mm, 2
miếng vá hình chữ nhật và mặt đất được cấp một điện trường, nhờ vào
thiết kế này mà băng thơng tương đối có thể đạt tới 65,6%.
Thơng qua nhiều mơ phỏng, ta có thể thấy mơ hình bức xạ của windband
patch dipole antenna tương tự với mơ hình bức xạ của anten lưỡng cực
chung. Mức tăng tối đa của windband patch dipole antenna( gain) vào
khoảng 7,54 dB.

5


Kết quả trên HFSS của Gain là 7.54dB ở 1 GHz, hiệu quả bức xạ đo được
là 90% với lỗi của phép đo là 0.5dB
Gain của windband patch dipole antenna giảm xuống 6.56 dB tại1.6 GHz do
pha không tối ưu của dipole .Do đó, thiết kế này là tối ưu cho mức tần số 0.81.2GHz và kết quả là băng thông 65.7%.

6


CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG
1. Đồ thị S(1,1)
Sau khi mô phỏng với số liệu như trên, ta thu được đồ thì S(1,1) như sau:

Dựa vào đồ thị, ta thấy anten làm việc tốt nhất ở tần số 4.3 GHz

2. Đồ thị bức xạ

Đồ thị bức xạ 3D:
7


Nhìn vào đồ thị, ta có thể thấy anten có tính định hướng khá cao
3. Đồ thị Gain

Từ đồ thị ta có thể thấy được hệ số tăng ích của anten vào khoảng 16dB

8

CHƯƠNG 3: TỐI ƯU ANTEN
Sau khi thay đổi các giá trị H, ta được các đồ thị mới có tính tối ưu hơn,
từ các đồ thị đó, ta thu được đồ thị nơi có hệ số suy hao nhỏ nhất( là
đường đồ thị màu đỏ trên hình dưới đây) -0,76 dB tại tần số 4,4 GHz
Điều này cho thấy việc tối ưu anten tuy chưa nhiều nhưng đã đạt được
những thành công nhất định.

9


CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN
Sau khi thực hiện mô phỏng wideband patch dipole anten trên phần
mềm HFSS, kết quả thu được ban đầu còn chưa sát với thực tế và còn chưa tối
ưu. Xong, thơng qua q trình kiểm thử và tối ưu anten giúp ta nhìn nhận sự
thay đổi đồ thị qua từng giá trị, từ đó có hướng khắc phục hợp lí để đưa ra kết
quả khả thi và tối ưu nhất.
Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Xuân Vũ đã tận tình
hướng dẫn , giải đáp thắc mắc và chỉ bảo nhóm em trong suốt thời gian nhóm
em hồn thành bài tập lớn .
Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đề tài tốt nhất nhưng do thời gian và
kiến thức cịn có hạn nên chúng em sẽ khơng thể tránh khỏi những thiếu sót
nhất định, rất mong nhận được sự cảm thông, chia sẻ và tận tình đóng góp chỉ
bảo của thầy cũng như các bạn!

10


11