MỞ ĐẦU
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA LUẬN ÁN
Một số kết quả đạt được của luận án:
1. Công nghệ băng siêu rộng và ăng-ten băng siêu rộng:
Luận án đã nghiên cứu tổng thể các giải pháp mở rộng dải thông, giảm nhỏ
kích thước và độ tương hỗ. Tiến hành thiết kế thành công một số mẫu ăng-ten
UWB và ăng-ten MIMO UWB. Cụ thể:
Công nghệ UWB đã và đang mở ra một hướng phát triển mới cho truyền
thông không dây, nó có nhiều ưu điểm, sử dụng năng lượng thấp và hoạt động
song song bên cạnh các hế thống vô tuyến khác.
Công nghệ UWB đặt ra nhiều thách thức trong đó có vấn đề tính toán,
thiết kế và chế tạo ăng-ten. Ăng-ten dùng cho UWB vừa phải đảm bảo băng
thông rất rộng từ 3,1 GHz đến 10,6 GHz, đồng thời phải nhỏ gọn, ít gây méo
tín hiệu. Ăng-ten mạch dải là sự lựa chọn thích hợp cho thiết kế ăng-ten UWB.
Ăng-ten MIMO UWB đã và đang được tập trung nghiên cứu, phát triển. Việc
nghiên cứu, thiết kế ăng-ten MIMO UWB gồm hai phần tử đang được các nhà
nghiên cứu chú trọng.
1. Đối với hệ thống đơn ăng-ten: Luận án đã nghiên cứu, đề xuất và chế
tạo thử nghiệm hai mẫu ăng-ten đơn cực dạng tấm và ăng-ten đơn cực
dạng khe sử dụng công nghệ mạch vi dải. Các ăng-ten thiết kế sử dụng
đa cộng hưởng phẳng bằng cách dùng các tấm bức xạ phụ và khe cộng
hưởng một phần tư bước sóng cho dải tần siêu rộng từ 3,1 GHz đến 10,6
GHz. Các ăng ten đề xuất có các tham số đáp ứng yêu cầu sử dụng cho
các thiết bị UWB.
2. Đối với hệ thống ăng-ten MIMO: dựa trên các ăng-ten đơn cực dạng tấm
và ăng-ten đơn cực dạng khe đã nghiên cứu, thiết kế và chế tạo, đo thử
được ba mẫu ăng-ten MIMO hai chấn tử gồm: (i) sử dụng hai ăng-ten
đơn cực dạng tấm; (ii) sử dụng hai ăng-ten đơn cực dạng khe; và (iii)
sử dụng kết hợp một ăng-ten đơn cực dạng tấm và một ăng-ten đơn cực
dạng khe để giảm độ tương hỗ giữa các ăng-ten. Các mẫu ăng-ten MIMO
sử dụng dây chêm để giảm độ tương hỗ. Những ăng-ten MIMO được chế
tạo, đo các kiểm tham số điều đảm bảo tốt và có thể được sử cho các
thiết bị UWB sử dụng kỷ thuật MIMO.
Hướng phát triển của luận án:
Trên cơ sở các công trình nghiên cứu, để hoàn thiện hơn nữa cần phải tiếp
tục nghiên cứu các vấn đề sau:
2. Đóng góp chính của luận án:
Luận án tập trung vào việc nghiên cứu, phát triển các ăng-ten UWB kích
thước nhỏ và các ăng-ten MIMO UWB hai phần tử kích thước nhỏ với độ tương
hỗ thấp. Các đóng góp chính của luận án bao gồm:
• Nghiên cứu, phát triển các ăng-ten UWB bao gồm ăng-ten UWB đơn
cực dạng tấm và ăng-ten UWB đơn cực dạng khe có kích thước nhỏ. Các
ăng-ten UWB này được thiết kế theo kiểu ăng-ten mạch dải, trên nền
chất điện môi FR4, là vật liệu phổ biến tại Việt Nam.
• Nghiên cứu, đề xuất các ăng-ten MIMO UWB kích thước nhỏ với độ
tương hỗ thấp. Các ăng-ten MIMO sử dụng dây chêm và kết hợp các
ăng-ten khác loại để giảm nhỏ độ tương hỗ.
3. Phương pháp nghiên cứu:
1. Nghiên cứu, đề xuất các ăng-ten UWB dạng khe với cấu trúc khe dạng
xiên góc với các góc độ và vị trí của khe khác nhau cũng như phân cực
của nó.
Phương pháp nghiên cứu cơ bản là kết hợp lý thuyết với thức nghiệm. Đưa
ra các mô hình ăng-ten, tính toán, thiết kế và sử dụng phần mềm mô phỏng
để đánh giá. Tiến hành chế thử, đo kiểm các tham số của các ăng-ten.
2. Nghiên cứu, đề xuất ăng-ten MIMO UWB có số lượng là 4 và 8 phần tử,
ăng-ten MIMO sử dụng siêu vật liệu. Đề xuất và thử nghiệm thêm các
giải pháp để giảm độ tương hỗ trong ăng-ten MIMO UWB.
4. Bố cục luận án:
24
Luận án gồm 137 trang (ngoài các phần: Danh mục các công trình công bố;
và Tài liệu tham khảo), được chia làm 3 chương với nội dung cơ bản như sau:
1
Chương 1
Đo kiểm
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
330
300
TỔNG QUAN VỀ ĂNG-TEN DẢI SIÊU RỘNG
270
1.1
Tổng quan về hệ thống thông tin băng siêu rộng
Công nghệ truyền thông vô tuyến UWB theo tiêu chuẩn FCC đang thu hút
sự chú ý lớn của cộng đồng nghiên cứu trên thế giới. Khác với các kỹ thuật
truyền thống, công nghệ UWB dựa trên việc thu phát các xung có độ rộng rất
nhỏ, cỡ ns. Do vậy, tín hiệu UWB có dải thông rất rộng và mật độ phổ công
suất rất thấp, nhỏ hơn - 41,25 dB/MHz.
Trong phần này trình bày những đặc điểm chính của hệ thống thông tin
UWB, ưu điểm và thách thức cùng những ứng dụng cơ bản của thông tin UWB.
1.2
240
210
Đo kiểm
330
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
300
270
1.3
Các yêu cầu cơ bản của ăng-ten dải siêu rộng
Trong phần này trình bày các yêu cầu cơ bản về ăng-ten UWB: yêu cầu về
dải thông, kích thước và độ tương hỗ.
Yêu cầu ăng-ten phải có dải tần bao trùm từ 3,1 GHz đến 10,6 GHz. vì vậy
cần các giải pháp mở rộng dải thông: Sử dụng hình dạng thích hợp, dùng đa
cộng hưởng phẳng, dùng cấu hình nhiều lớp, phối hợp trở kháng, dùng phần
tử ký sinh, dùng chất điện môi.
Yêu cầu về kích thước ăng-ten UWB phải có cấu trúc nhỏ, gọn. Các giải
pháp cơ bản để giảm nhỏ kích thước ăng-ten bằng cách tăng giá trị điện cảm
nối tiếp và tăng giá trị điện dung song song.
Độ tương hỗ giữa các phần tử trong ăng-ten MIMO cần phải giảm thiểu
2
30
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
60
Đo kiểm
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
330
300
90
270
120
240
150
210
240
210
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
30
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
60
90
120
150
(b)
(a)
Những vấn đề chung về ăng-ten dải siêu rộng
Ăng-ten dải siêu rộng theo định nghĩa là ăng-ten có độ rộng băng tần lớn
hơn 20% so với tần số trung tâm hoặc độ rộng băng tần lớn hơn hoặc bằng
500 MHz. Trong phạm vi của luận án, băng thông được nghiên cứu theo tiêu
chuẩn của FCC với dải tần từ 3,1 GHz đến 10,6 GHz nên ăng-ten thiết kế phải
có băng thông bao trùm dải tần này.
Phần này trình bày những vấn đề chung về ăng-ten dải siêu rộng đơn cực
dạng tấm và ăng-ten dải siêu rộng đơn cực dạng khe. Đối với ăng-ten UWB đơn
cực dạng tấm đã đưa ra mô hình tổng quát và nguyên lý hoạt động. Ăng-ten
UWB đơn cực dạng khe đã đưa ra các cấu trúc cơ bản và nguyên lý hoạt động.
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
30
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
Đo kiểm
330
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
300
60
270
90
120
240
150
210
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
30
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
60
90
120
150
(d)
(c)
Hình 3.73: So sánh đồ thị bức xạ của ăng-ten đơn cực dạng khe: (a) 3,1
GHz; (b) 5,0 GHz;
(c) 9,0 GHz; (d) 10,6 GHz.
H365
đơn cực dạng tấm và ăng-ten MIMO 3 kết hợp ăng-ten đơn cực dạng khe và
ăng-ten đơn cực dạng tấm. Với ba mẫu ăng-ten này, tiến hành mô phỏng, chế
tạo và đo kiểm đều đạt yêu cầu sử dụng cho thiết bị UWB. Bằng cách sử dụng
dây chêm đã làm độ tương hỗ giữa các phần tử trong ăng-ten MIMO UWB,
khi ta sử dụng các phần tử khác loại để thiết kế ăng-ten MIMO đã góp phần
làm giảm độ tương hỗ, cụ thể là có thể giảm hệ số tương quan đi 5 dB.
Các mẫu ăng-ten MIMO UWB đề xuất được so sánh với các công trình
thiết kế khác và đều có ưu điểm về kích thước, độ tương hỗ và hiệu suất. Các
mẫu ăng-ten MIMO UWB qua đo kiểm điều đảm bảo do đó có thể sử dụng
cho các thiết bị trong hệ thống thông tin UWB, đặc biệt cho các thiết bị UWB
sử dụng kỹ thuật MIMO có kích thước nhỏ.
23
Đo kiểm
330
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
300
270
240
210
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
30
60
Đo kiểm
330
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
300
90
270
120
240
210
150
300
270
240
210
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
30
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
60
90
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
30
60
Đo kiểm
330
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
300
90
270
120
240
210
150
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
150
30
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
60
90
120
150
(d)
(c)
Hình 3.68: So sánh đồ thị bức xạ của ăng-ten đơn cực dạng tấm: (a) 3,1
GHz; (b) 5,0 GHz;
(c) 9,0 GHz; (d) 10,6 GHz.
H370
10,7 GHz, đồ thị bức xạ đảm bảo gần đẳng hướng.
- Hệ số tăng ích cực đại của ăng-ten đạt được trong cả dải tần từ 2,0 dBi
đến 5,1 dBi. Hệ số tương quan nhỏ hơn ăng-ten MIMO dùng phần tử cùng loại
và đạt nhỏ hơn -25 dB. Như vậy, khi ta kết hợp ăng-ten UWB đơn cực dạng
tấm với ăng-ten đơn cực dạng khe thì độ tương hỗ giảm.
3.5
Kết luận chương 3
Trên cơ sở các ăng-ten UWB thiết kế ở Chương 2, tính toán và lựa chọn các
mẫu dây chêm phù hợp, ta tiến hành thiết kế được các ăng-ten MIMO UWB.
Với sự kết hợp này đã thiết kế ra ba mẫu ăng-ten MIMO: ăng-ten MIMO 1 gồm
hai ăng-ten UWB đơn cực dạng khe, ăng-ten MIMO 2 gồm hai ăng-ten UWB
22
để ăng-ten hoạt động ổn định. Các giải pháp giảm độ tương hỗ được sử dụng:
Thứ nhất là cắt khoét mặt phẳng đất. Thứ hai là sử dụng sự thay đổi cấu trúc
không gian và góc. Thứ ba là cấu trúc dị thể, các ăng-ten và mặt phẳng đất
thường có cấu trúc đặc biệt với những cấu hình đối xứng và lặp. Thứ tư là sử
dụng dây chêm để ngăn cách sự tác động của điện từ trường giữa các phần tử
trong ăng-ten MIMO.
1.4
120
(b)
(a)
Đo kiểm
330
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
Tổng quan về tình hình nghiên cứu ăng-ten dải siêu rộng
Trong phần này tiến hành khảo sát các công trình đã công bố về ăng-ten
UWB đơn cực dạng tấm, ăng-ten UWB đơn cực dạng khe và ăng-ten MIMO
UWB. Đa phần các nghiên cứu về ăng-ten UWB ở các công trình đều thiết kế
dạng mạch dải, sử dụng chất điện môi có cấu trúc hình học hợp lý để mở rộng
băng thông và giảm nhỏ kích thước của ăng-ten. Các ăng-ten UWB thiết kế
thường có kích thước lớn, chưa hướng tới thiết kế ăng-ten MIMO UWB có cấu
trúc nhỏ, gọn với độ tương hỗ thấp. Đối với ăng-ten UWB đơn cực dạng khe,
đặc điểm chung thường có kích thước khá nhỏ, nhưng có cấu trúc phức tạp.
Các công trình công bố về ăng-ten UWB đơn cực dạng khe thường ít kèm theo
chế tạo và đo kiểm. Ăng-ten UWB đơn cực dạng khe thường có kích thước nhỏ
nên hệ số tăng ích cực đại thường khá nhỏ. Các ăng-ten MIMO UWB thiết kế
đa phần đều hướng tới cấu trúc nhỏ và đặc biệt chú trọng tìm cách giảm nhỏ
độ tương hỗ giữa các phần tử trong ăng-ten.
1.5
Định hướng nghiên cứu của luận án
Luận án nghiên cứu, phát triển ăng-ten UWB theo tiêu chuẩn FCC với dải
tần số từ 3,1 GHz đến 10,6 GHz. Ăng-ten thiết kế trên nền chất điện môi FR4,
đây là vật liệu phổ biến ở Việt Nam. Chất điện môi FR4 có hệ số tổn hao lớn
do vậy nếu cùng một quy trình sử dụng thiết kế ăng-ten UWB mà dùng vật
liệu có hệ số tổn hao nhỏ thì có thể tạo ra các ăng-ten chất lượng tốt hơn.
Luận án tập trung nghiên cứu, thiết kế, chế tạo các ăng-ten UWB có cấu
trúc phù hợp, kích thước nhỏ làm cơ sở cho thiết kế ăng-ten MIMO UWB. Cụ
thể là ngiên cứu, thiết kế ăng-ten đơn cực dạng tấm và dạng khe để thiết kế các
ăng-ten MIMO UWB có kích thước nhỏ với độ tương hỗ thấp. Ăng-ten MIMO
UWB giảm độ tương hỗ bằng sử dụng dây chêm và phần tử khác loại.
1.6
Kết luận chương 1
Chương 1 đã trình bày tổng quan thông tin UWB và ăng-ten UWB, đây là
những vấn đề nền tảng, cơ sở cho nghiên cứu, đề xuất các ăng-ten UWB và
ăng-ten MIMO UWB ở chương tiếp theo.
3
2.4
2.4
Mô phỏng
Đo kiểm
2.2
Chương 2
2.2
ĂNG-TEN UWB DẠNG TẤM VÀ DẠNG KHE
KÍCH THƯỚC NHỎ
VSWR 2
1.8
VSWR2
VSWR 1
VSWR1
NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT CÁC MẪU
Mô phỏng
Đo kiểm
2.0
2.0
1.6
1.8
1.6
1.4
1.4
1.2
1.2
1.0
1.0
3
4
5
6
7
8
9
10
3
11
4
5
Tần số [GHz]
Frequency
[GHz]
6
8
9
10
11
(b)
(a)
2.1
7
Tần số [GHz]
Frequency
[GHz]
Hình 3.65: So sánh hệ số sóng đứng điện áp: (a) ăng-ten 1; (b) ăng-ten 2.
Giới thiệu chương
Trên cơ sở những vấn đề cơ bản ở Chương 1 về thiết kế ăng-ten UWB, trong
Chương 2, tiến hành nghiên cứu, đề xuất ăng-ten UWB đơn cực dạng tấm và
ăng-ten UWB đơn cực đơn cực dạng khe trên nền chất điện môi FR4, là vật
liệu phổ biến tại Việt Nam.
-15
S and S
S1221và S2121[dB]
2.2 Thiết kế ăng-ten băng siêu rộng đơn cực dạng tấm
2.2.1 Yêu cầu đối với thiết kế ăng-ten UWB
Chọn vật liệu làm ăng-ten và mặt phẳng đất là đồng, chất điện môi là FR4,
đây là vật liệu có tanδ = 0,02 lớn, do vậy nếu sử dụng vật liệu có hệ số tổn hao
nhỏ hơn thì thiết kế sẽ được ăng-ten tốt hơn.
Mô phỏng
Đo kiểm
H361
-20
-25
-30
-35
-40
-45
-50
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Tần số [GHz]
Frequency
[GHz]
Hình 3.67: So sánh kết quả đo kiểm và mô phỏng của S12 và S21 .
2.2.2 Tính toán cấu trúc của ăng-ten
Nghiên cứu đưa ra cơ sở lý thuyết của việc lựa chọn cấu trúc ăng-ten. Tiến
hành tính toán, điều chỉnh kích thước để đưa ra cấu trúc ăng-ten hợp lý.
W
w2
w3
o
s
x
y
l1
L
l2
w4 w6
w5
w1
kết quả đo tương đồng với kết quả mô phỏng.
Khi thực hiện đo đồ thị bức xạ ăng-ten 2, ăng-ten 2 được nối với nguồn cao
tần còn ăng-ten 1 nối với tải 50 Ω. So sánh đồ thị bức xạ đo kiểm với kết quả
mô phỏng tại các tần số 3,1 GHz; 5,0 GHz; 9,0 GHz và 10,6 GHz như Hình
3.73. Từ hình này, kết quả đo tương đồng với kết quả mô phỏng, đảm bảo bức
xạ gần như đẳng hướng và đáp ứng được yêu cầu sử dụng cho các thiết bị trong
hệ thống thông tin UWB.
Wg
l3
l4
Lg
3.4.3 Kết luận
t
h
a)
b)
c)
Hình 2.1: Cấu trúc của ăng-ten: a) Mặt trên, b) Mặt dưới, c) Mặt bên.
Tính toán kích thước sơ bộ, đưa ra phương pháp mở rộng dải thông bằng
4
Ăng-ten MIMO UWB kích thước nhỏ với độ tương hỗ thấp khi kết hợp một
ăng-ten UWB đơn cực dạng tấm và một ăng-ten UWB đơn cực dạng khe đã
đạt được một số kết quả như sau:
- Ăng-ten UWB MIMO thiết kế có cấu trúc nhỏ, gọn, đơn giản, đồng phẳng;
dải tần công tác đạt được với hệ số sóng đứng VSWR 2 là từ 3,0 GHz đến
21
GHz, đạt giá trị cực đại là 5,1 dBi tại tần số 10,6 GHz. Hiệu suất bức xạ của
ăng-ten MIMO đạt được trong khoảng từ 81,5% đến 95,5%.
Vì ăng-ten MIMO gồm hai phần tử khác nhau, do đó độ trễ nhóm của chúng
cũng khác nhau, nhưng luôn bé hơn 1,3 ns, độ trễ nhóm của ăng-ten 1 có giá
trị nhỏ hơn ăng-ten 2, giá trị không đồng đều trong toàn dải tần và phụ thuộc
vào tần số.
3.4.2 Chế tạo và đo kiểm các tham số của ăng-ten
Ăng-ten MIMO chế tạo như ở Hình 3.64. Kết quả đo VSWR được so sánh
với kết mô phỏng của các ăng-ten 1 và 2 như trên Hình 3.65, hệ số sóng đứng
điện áp của hai ăng-ten khi đo kiểm đều nhỏ hơn 2 trong cả dải tần công tác.
Bảng 2.1: Tham số kích thước của ăng-ten (mm).
Tham số
L
W
Lg
Wg
h
t
Giá trị
32
32
10
32
1,6
0,035
Tham số
s
w1
w2
w3
w4
w5
Giá trị
6
3
8,8
14,4
1,7
2
Tham số
w6
l1
l2
l3
l4
Giá trị
2
14
2
1
11
đa cộng hưởng phẳng theo cách sử dụng thêm các tấm bức xạ phụ. Thực hiện
tính toán giá trị điện cảm và điện dung tại vị trí gián đoạn điện từ trường ở
nơi có bước chuyển tiếp. Các giá trị được tính như sau:
#
" W1
√
+ 0, 264
εre
W2
εre1 + 0, 3
h
1−
h
(pF )
Cs = 0, 00137
W1
Zom1
W1
εre1 − 0, 258
+ 0, 8
h
a)
(2.1)
w2
và L2 = Lw1L+L
Ls
w2
Lw1 , Lw2 là giá trị điện cảm tính trên một đơn vị dài ứng với các độ rộng
của mạch dải tương ứng. Tương tự ta có thể xác định các giá trị điện cảm khác
còn lai:
L1 =
Lw1
L
Lw1 +Lw2 s
Lwi =
zom
√
c
εre
(H/m)
Đối với các trường hợp này thì
W
h
2 nên ta có:
b)
Hình 3.64: Ăng-ten chế tạo: a) Mặt trên; b) Mặt dưới.
−1
377 W
εr + 1
εr − 1
W
Zom = √
+ 0.883 +
ln
+ 0, 94 + 1, 451 + 0, 165 2
εr h
πεr
2h
εr
(2.2)
Tham số S12 và S21 của ăng-ten MIMO khi mô phỏng so với đo kiểm được
biểu diễn như trên Hình 3.67, kết quả đo kiểm có hình dạng giống như mô
phỏng và giá trị nhỏ hơn -20 dB.
Vì ăng-ten MIMO cấu tạo từ hai phần tử khác nhau nên ta tiến hành so
sánh kết quả đo đồ thị bức xạ với kết quả mô phỏng đối với cả hai phần tử.
Khi thực hiện đo đồ thị bức xạ ăng-ten 1, ăng-ten 1 được nối với nguồn cao
tần còn ăng-ten 2 nối với tải 50 Ω. Tiến hành đo đồ thị bức xạ của ăng-ten
UWB đơn cực dạng tấm. So sánh đồ thị bức xạ đo kiểm với mô phỏng tại các
tần số 3,1 GHz; 5,0 GHz, 9,0 GHz và 10,6 GHz như Hình 3.68. Từ hình này,
Với zom là trở kháng đặc tính của đường truyền; εre là hằng số điện môi hiệu
dụng, h là độ dày của tấm điện môi tính bằng micromet, W là độ rộng tương
ứng của đường truyền mạch dải.
Sử dụng phần mềm Ansoft HFSS để mô phỏng và khảo sát các tham số của
ăng-ten trong dải tần số từ 3,0 GHz đến 11,0 GHz, VSWR 2 trong cả dải
tần khảo sát. Đồ thị bức xạ của ăng-ten gần như đẳng hướng.
20
5
2
r
zom1 εre1
Ls = 0, 000987h 1 −
(nH)
zom2 εre2
(2.3)
w2
Hệ số tăng ích cực đại mô phỏng của ăng-ten đạt được từ 1,9 dBi đến 6,7
dBi. Hiệu suất bức xạ của ăng-ten nhỏ hơn 98,5% nhưng vẫn lớn hơn 94% trong
toàn bộ dải tần.
w3
Ăng-ten 1
w4
Ăng-ten 2
o
y
t
l2
l3
w6 w5
2.2.3 Chế tạo và đo kiểm ăng-ten
x
l1
s
l5
w1
l4
w1
h
d
b)
a)
W
l6
w16
w7
w8
w9
w10 w11 w14
w12
l13
l8 l10
l11
w17
w13
w15
l9
l
l7
14
a)
l15
l12
Dây chêm
L
l17
l16
w18
w20
l19
l18
w19
b)
c)
Hình 2.11: Ăng-ten chế tạo: a) Mặt trên; b) Mặt dưới.
Hình 3.47: Cấu trúc của ăng-ten MIMO: a) Mặt trên; b) Mặt bên; c) Mặt
dưới.
2.4
2.2
2.0
VSWR
VSWR
Bảng 3.3: Tham số kích thước của ăng-ten (mm).
Mô phỏng
Đo kiểm
1.8
1.6
1.4
1.2
1.0
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Tần
số [GHz]
Frequency
[GHz]
Hình 2.12: So sánh hệ số sóng đứng điện áp của ăng-ten.
Ăng-ten UWB sau khi chế tạo như Hình 2.11. Kết quả đo VSWR được so
sánh với kết mô phỏng như Hình 2.12, VSWR 2 trong cả dải tần khảo sát.
2.2.4 Kết luận
Th.số
L
W
s
t
h
l1
l2
l3
l4
l5
l6
Giá trị
30
65
5
0,035
1,6
14,5
2
1
11,5
117,4
4,5
Th.số
l7
l8
l9
l10
l11
l12
l13
l14
l15
l16
l17
Giá trị
8
9
9
1
4
6
13
7
24
5,5
10
Th.số
w1
w2
w3
w4
w5
w6
w7
w8
w9
w10
w11
Giá trị
3
7,5
15
2
2
2
15
10,6
4,5
3,5
2
Th.số
w12
w13
w14
w15
w16
w17
w18
w19
w20
d
Giá trị
4
5
3
14,75
14,25
20
32
0,5
3
37,5
Ăng-ten UWB đơn cực dạng tấm có cấu trúc đơn giản, nhỏ, gọn, đồng
phẳng. Kích thước ăng-ten nhỏ: 32 × 32 × 1, 6 mm3 , VSWR 2 từ 3,0 GHz đến
11,0 GHz, bức xạ gần như đẳng hướng. Hệ số tăng ích cực đại mô phỏng đạt
được trong khoảng từ 1,9 dBi đến 6,7 dBi. Kết quả đo kiểm VSWR tương đồng
dây chêm có tác dụng ngăn sự cảm ứng lẫn nhau dẫn đến giảm độ tương hỗ
giữa các phần tử trong ăng-ten MIMO UWB.
Hệ số tăng ích cực đại lớn hơn 2,0 dBi trong cả dải tần từ 3,1 GHz đến 10,6
6
19
Đo kiểm
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
330
300
270
240
210
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
30
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
Đo kiểm
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
330
300
60
90
270
120
240
150
210
300
270
240
210
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
30
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
60
90
120
150
với kết quả mô phỏng.
2.3 Thiết kế ăng-ten UWB đơn cực dạng khe
2.3.1 Lý thuyết chung về ăng-ten khe.
Phần này trình bày những vấn đề chung về ăng-ten dạng khe để từ đó đưa
ra phương pháp thiết kế và lựa chọn mô hình ăng-ten. Xác định việc cắt khe
theo tạo tần số cộng hưởng với chiều dài khe bằng một phần tư bước sóng.
Việc khoét khe ăng-ten tạo tần số cộng hưởng dựa trên phân bố dòng điện.
2.3.2 Tính toán cấu trúc ăng-ten
(b)
(a)
Đo kiểm
330
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
30
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
60
Đo kiểm
330
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
300
270
90
240
120
210
150
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
30
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
Ăng-ten thiết kế có cấu trúc như Hình 2.14. Kích thước ăng-ten được đưa
ra như trong Bảng 2.3.
60
W
x
90
y
w2
l3
120
L
l7
w7
l5
l6
l8
t
150
w1
(d)
(c)
w5
w6
l2
o
w3 w4
l1
h
Hình 3.42: So sánh đồ thị bức xạ: (a) 3,1 GHz; (b) 5,0 GHz; (c) 9,0 GHz;
(d) 10,6 GHz.
a)
H3431
l9
l4
b)
c)
Hình 2.14: Cấu trúc ăng-ten: a) Mặt trên; b) Mặt bên; c) Mặt dưới.
Kết quả mô phỏng ta có VSWR 2 trong cả dải tần từ 3,1 GHz đến 10,6
GHz đối với cả hai ăng-ten. Điều này là do có sự tham gia của điện cảm và
điện dung của dây chêm làm dịch chuyển tần số cộng hưởng về phía tần số
thấp làm cho dải tần của hai ăng-ten thỏa mãn.
Khi ăng-ten MIMO có dây chêm thì S12 và S21 nhỏ hơn -19 dB trong cả dải
tần, trường hợp không có dây chêm thì ở đầu băng tần có S12 và S21 -15 dB.
Hệ số tương quan giữa hai ăng-ten có giá trị nhỏ hơn -25 dB, giá trị này
nhỏ hơn nhiều so với hai ăng-ten MIMO dùng phần tử cùng loại.
Ta khảo sát phân bố dòng của ăng-ten trong trường hợp ăng-ten 1 hoạt
động, ăng-ten 2 được nối với tải 50 Ω tại tần số 4,0 GHz và khi ăng-ten 2 hoạt
động còn ăng-ten 1 nối với tải 50 Ω. Trong cả hai trường hợp thì khi sử dụng
Ăng-ten cộng hưởng tại các tần số: f1 = 3,35 GHz, f2 = 5,0 GHz, f3 = 7,5
GHz và f4 = 9,2 GHz.
18
7
Th.số
L
W
h
t
w1
Bảng 2.3: Tham số kích thước của ăng-ten (mm).
Giá trị Th.số Giá trị Th.số Giá trị Th.số
26
w2
2,8
w7
3,8
l5
15
w3
4,1
l1
17,6
l6
1,6
w4
2
l2
6
l7
0,035
w5
5
l3
13
l8
3
w6
4,4
l4
7
l9
Giá trị
3
0,8
8,6
7,1
9,3
-10
- Tại tần số: f1 = 3,35 GHz, ta có chiều dài cộng hưởng tại một phần tư
bước sóng hiệu dụng là:
8
3.10√
≈ 0, 0136 m ≈ 13, 6 mm
lf1 = λ4e1 = 4f2 √c εre =
4,4+1
9
S12 và S21 [dB]
S12 and S21[dB]
4.3,35.10
2
Vậy chiều dài: lf1 ≈ w3 + w4 + w5 + l5 − l6 ≈ 13, 3 mm; đây chính là chiều
dài các khe để tạo ra tần số cộng hưởng f1 .
- Tại tần số: f2 = 5,0 GHz, ta có chiều dài cộng hưởng tại một phần tư bước
sóng hiệu dụng là:
8
3.10
√ 4,4+1 ≈ 0, 0092 m ≈ 9, 2 mm
lf2 = λ4e2 = 4f2 √c ε =
9
re
4.5,0.10
re
4.7,5.10
2
6
Vậy chiều dài: lf3 ≈ w5 + l5 −l
≈ 6, 1 mm; đây chính là chiều dài các khe
2
để tạo ra tần số cộng hưởng f3 .
- Tại tần số: f4 = 9,2 GHz lúc này ta có chiều dài cộng hưởng tại một phần
tư bước sóng hiệu dụng là:
8
3.10
√ 4,4+1 ≈ 0, 00496 m ≈ 4, 96 mm
lf4 = λ4e4 = 4f4 √c εre =
9
4.9,2.10
2
Vậy chiều dài: lf4 ≈ w5 ≈ 5, 0 mm; đây chính là chiều dài các khe để tạo
ra tần số cộng hưởng f4 .
Đồ thị bức xạ của ăng-ten gần như đẳng hướng. Hệ số tăng ích cực đại theo
mô phỏng lớn hơn 1,7 dBi và đạt cực đại 5,8 dBi tại tần số 10,3 GHz. Hiệu
suất bức xạ của ăng-ten đạt từ 89% đến 95,5%.
2.3.3 Chế tạo và đo kiểm
-20
-25
-30
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Tần số [GHz]
Frequency
[GHz]
Hình 3.41: So sánh kết quả đo kiểm và mô phỏng của S12 và S21 .
2
Vậy chiều dài: lf2 ≈ w4 + w5 + l5 − l6 ≈ 9, 2 mm; đây chính là chiều dài
các khe để tạo ra tần số cộng hưởng f2 .
- Tại tần số: f3 = 7,5 GHz lúc này ta có chiều dài cộng hưởng tại một phần
tư bước sóng hiệu dụng là:
8
3.10
√ 4,4+1 ≈ 0, 0061 m ≈ 6, 1 mm
lf3 = λ4e3 = 4f3 √c ε =
9
Mô phỏng
Đo kiểm
-15
quả đo tương đồng với kết quả mô phỏng, đáp ứng được yêu cầu sử dụng cho
hệ thống thông tin UWB.
3.3.3 Kết luận
Ăng-ten MIMO UWB kết hợp hai ăng-ten UWB đơn cực dạng tấm đạt được
các kết quả sau:
- Ăng-ten MIMO UWB thiết kế có cấu trúc nhỏ, gọn, đơn giản, đồng phẳng;
hệ số sóng đứng điện áp VSWR 2 đạt được từ 3,0 GHz đến 11,0 GHz, đồ
thị bức xạ trong toàn bộ dải tần đảm bảo gần như đẳng hướng.
- Hệ số tăng ích cực đại của ăng-ten đạt được trong khoảng từ 3,8 dBi đến
5,6 dBi, lớn hơn so với ăng-ten MIMO sử dụng hai ăng-ten đơn cực dạng khe.
Tiến hành chế tạo và đo kiểm ăng-ten MIMO thiết kế đảm bảm được các yêu
cầu kỹ thuật chung về một ăng-ten MIMO UWB.
- Hệ số tương quan nhỏ hơn - 20 dB. Hiệu suất của ăng-ten khá cao, lớn
hơn so với ăng-ten MIMO sử dụng hai ăng-ten đơn cực dạng khe.
Ăng-ten UWB đơn cực dạng khe chế tạo như Hình 2.23.
Đo hệ số VSWR và so sánh với kết quả mô phỏng như trên Hình 2.24, kết
quả đo kiểm gần giống mô phỏng và bao trùm dải tần từ 3,1 GHz tới 10,8
GHZ. Ăng-ten này có thể ứng dụng cho các thiết bị UWB.
3.4
2.3.4 Kết luận
Ăng-ten đề xuất có cấu trúc nhỏ, gọn, đơn giản, đồng phẳng. Dải tần công
tác đạt được từ 3,0 GHz đến 10,8 GHz. Ăng-ten bức xạ gần như đẳng hướng.
Hệ số tăng ích cực đại lớn nhất mà ăng-ten đạt được là 5,8 dBi.
Trên cơ sở các ăng-ten UWB đã thiết kế trình bày tại Chương 2, lựa chọn
dây chêm, tiến hành thiết kế ăng-ten MIMO gồm hai phần tử khác loại để giảm
độ tương hỗ. Khi ta sử dụng phần tử khác loại do trường gần chúng vuông góc
nên độ tương hỗ giảm. Ăng-ten MIMO UWB có cấu trúc như Hình 3.47 và
tham số kích thước như trong Bảng 3.3.
8
17
Thiết kế ăng-ten MIMO UWB kết hợp ăng-ten đơn cực
dạng tấm với ăng-ten đơn cực dạng khe
3.4.1 Cấu trúc của ăng-ten MIMO UWB
a)
a)
b)
Hình 3.38: Ăng-ten chế tạo: a) Mặt trên; b) Mặt dưới
Mô phỏng
Đo kiểm
2.2
2.4
VSWR2
1.8
1.6
2.0
1.6
1.4
1.4
1.2
1.2
1.0
2.0
1.0
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Mô phỏng
Đo kiểm
2.2
1.8
VSWR
VSWR 2
2.0
VSWR
2.2
VSWR 1
Hình 2.23: Ăng-ten chế tạo: a)Mặt trên; b)Mặt dưới.
2.4
2.4
VSWR1
b)
3
4
5
6
7
8
9
10
11
1.8
1.6
Tần số [GHz]
Frequency
[GHz]
Frequency
[GHz]
Tần số [GHz]
1.4
(b)
(a)
1.2
Hình 3.39: So sánh hệ số sóng đứng điện áp: (a) ăng-ten 1; (b) ăng-ten 2.
1.0
3
H341
công tác, đáp ứng yêu cầu
đặt ra đối với ăng-ten MIMO UWB.
Tham số S12 và S21 đo kiểm của ăng-ten MIMO so sánh với mô phỏng được
biểu diễn như trên Hình 3.41, kết quả đo kiểm có hình dạng giống như trong
mô phỏng, đảm bảo nhỏ hơn -15 dB, đáp ứng để ăng-ten MIMO UWB có độ
tương hỗ thấp và hoạt động ổn định trong cả dải tần công tác.
Khi thực hiện đo đồ thị bức xạ, ăng-ten 1 được nối với nguồn cao tần còn
ăng-ten 2 nối với tải 50 Ω và ngược lại khi đo ăng-ten 2. Vì hai ăng-ten cấu tạo
MIMO giống nhau nên ta so sánh kết quả đo với mô phỏng của một ăng-ten.
Kết quả đo đồ thị bức xạ so sánh với kết quả mô phỏng tại các tần số 3,1 GHz;
5,0 GHz; 9,0 GHz và 10,6 GHz của ăng-ten 1 như Hình 3.42. Từ hình này, kết
16
4
5
6
7
8
9
10
11
Frequency
[GHz]
Tần số [GHz]
Hình 2.24: So sánh hệ số sóng đứng điện áp.
2.4
Kết luận chương 2
Chương 2 đã trình bày thiết kế ăng-ten UWB đơn cực dạng tấm và ăng-ten
UWB đơn cực đơn cực dạng khe có kích thước nhỏ. Việc mở rộng dải thông
điều dựa trên mô hình đa cộng hưởng phẳng. Hai ăng-ten UWB thiết kế này
có kích thước nhỏ, có trường gần vuông góc do vậy đây là cơ sở để thiết kế
ăng-ten MIMO UWB có kích thước nhỏ với độ tương hỗ thấp.
9
Bảng 3.2: Tham số kích thước của ăng-ten (mm).
Chương 3
NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT CÁC MẪU
ĂNG-TEN MIMO UWB CÓ ĐỘ TƯƠNG HỖ
NHỎ
3.1
Giới thiệu chương
Trên cơ sở các anten UWB thiết kế ở Chương 2, tiến hành tính toán, lựa
chọn các kiểu dây chêm phù hợp để thiết kế các anten MIMO UWB.
3.2
Thiết kế ăng-ten MIMO UWB dùng hai ăng-ten đơn cực
dạng khe
3.2.1 Cấu trúc của ăng-ten MIMO UWB thiết kế
Từ ăng-ten đề xuất Chương 2, ta nghiên cứu, thiết kế ăng-ten MIMO UWB
gồm hai ăng-ten đơn cực dạng khe. Vì khe ăng-ten là nơi bức xạ mạnh nên
hướng ra ngoài, ta sử dụng thêm dây chêm đặt ở giữa hai phần tử.
Ăng-ten MIMO UWB có cấu trúc phù hợp như Hình 3.1. Tham số kích
thước cụ thể của ăng-ten được đưa ra như trong Bảng 3.1. Mô phỏng, khảo
W
Ăng-ten 1
Ăng-ten 2
d
x
o
y
w1
l1
h
w2
l2
l3
w5
w6 w
7
w9
l5
t
l7
w8
l6
a)
w4
w3
b)
w12
Dây chêm w13
l8
Giá trị
32
70
32
10
5
0,035
1,6
23
6
Tham số
l1
l2
l3
l4
l5
l6
l7
w1
w2
Giá trị
14
2
1
11
1
4
10
3
8,5
Tham số
w3
w4
w5
w6
w7
w8
w9
w1 0
d
Giá trị
15
2
2
2
0,5
1
1,5
3
38
Kết quả hệ số sóng đứng điện áp của ăng-ten MIMO có dây chêm là VSWR
2 trong dải tần đối với cả hai ăng-ten.
Để độ tương hỗ đảm bảo thì S12 và S21 -15 dB, khi ăng-ten có dây chêm
thì S12 và S21 ≺ -16 dB trong cả dải tần khảo sát.
Trong trường hợp dùng dây chêm, ta có hệ số tương quan giữa hai ăng-ten
có giá trị nhỏ hơn -20 dB, điều này đảm bảo cho các ăng-ten trong MIMO hoạt
động ổn định.
Ta khảo sát phân bố dòng khi ăng-ten 1 hoạt động còn ăng-ten 2 không
hoạt động trong các trường hợp có dây chêm và không có dây chêm đã cho
thấy sự giảm độ tương hỗ khi sử dụng dây chêm.
Hệ số tăng ích cực đại không đồng đều nhưng vẫn đảm bảo lớn hơn 3,8 dBi
trong dải tần từ 3,1 GHz đến 10,6 GHz, giá trị cực đại là 5,6 dBi tại tần số
10,6 GHz. Hiệu suất bức xạ ăng-ten MIMO lớn, đạt trong khoảng từ 90% đến
96,5%. Hiệu suất cao hơn ăng-ten MIMO dùng hai ăng-ten đơn cực dạng khe.
Vì ăng-ten MIMO gồm hai phần tử giống nhau, do đó độ trễ nhóm của
chúng như nhau, độ trễ nhóm bé hơn 1,15 ns.
l10
L
w14
3.3.2 Chế tạo và đo kiểm các tham số của ăng-ten
w10
l4
Tham số
L
W
Wg
Lg
s
t
h
d1
d2
l9
w11
l11
Hình 3.1: Cấu trúc ăng-ten MIMO: a) Mặt trên; b) Mặt bên; c) Mặt dưới.
Ăng-ten MIMO chế tạo như Hình 3.38. Kết quả đo kiểm hệ số VSWR được
so sánh với kết quả mô phỏng của các ăng-ten 1 và 2 như trên Hình 3.39. Ta
có hệ số VSWR của hai ăng-ten khi đo kiểm đều nhỏ hơn 2 trong cả dải tần
10
15
W
c)
quả đo đồ thị bức xạ so sánh với mô phỏng tại các tần số 3,1 GHz; 5,0 GHz;
9,0 GHz và 10,6 GHz của ăng-ten 1 như Hình 3.19. Từ hình này, kết quả đo
tương đồng với kết quả mô phỏng, đảm bảo bức xạ gần như đẳng hướng và
đáp ứng được yêu cầu sử dụng cho hệ thống thông tin UWB.
3.2.3 Kết luận
Ăng-ten MIMO UWB kết hợp hai ăng-ten đơn cực dạng khe có kết quả:
- Ăng-ten MIMO UWB thiết kế có cấu trúc nhỏ, gọn, đơn giản, đồng phẳng.
Dải tần công tác từ 3,0 GHz đến 10,6 GHz, đồ thị bức xạ trong toàn bộ dải
tần đảm bảo tính bức xạ gần đẳng hướng.
- Hệ số tăng ích cực đại mà ăng-ten đạt được trong khoảng từ 2,3 dBi đến
5,4 dBi. Hệ số tương quan nhỏ hơn - 20 dB.
3.3
Thiết kế ăng-ten MIMO UWB dùng hai ăng-ten UWB
đơn cực dạng tấm
3.3.1 Cấu trúc ăng-ten MIMO UWB
Trên cơ sở ăng-ten UWB đơn cực dạng tấm thiết kế trình bày ở Chương
2, thiết kế ăng-ten MIMO UWB. Ta lựa chọn cấu trúc dây chêm phù hợp đặt
chính giữa hai phần tử. Ăng-ten MIMO thiết kế có cấu trúc như Hình 3.24 và
tham số kích thước như trong Bảng 3.2.
sát các tham số của ăng-ten MIMO trong trường hợp có dây chêm, hệ số sóng
đứng điện áp của ăng-ten MIMO đảm bảo VSWR 2 trong dải tần từ 3,1
GHz đến 10,6 GHz. Kết quả mô phỏng các tham số của ăng-ten điều đảm bảo
theo yêu cầu đặt ra.
Bảng 3.1: Tham số kích thước của ăng-ten (mm).
Tham số
L
W
t
h
l1
l2
l3
l4
l5
l6
Giá trị
26
60
0,035
1,6
18
7,8
8,8
9,4
1
3,6
Tham số
l7
l8
l9
l10
l11
w1
w2
w3
w4
w5
Giá trị
4,6
14,4
3,5
22,5
34
3
15
12,5
1,75
5
Tham số
w6
w7
w8
w9
w10
w11
w12
w13
w14
d
Giá trị
4,5
2,5
4,2
3,8
3,1
12,5
0,5
1,25
2
45
Hình 3.24: Cấu trúc ăng-ten MIMO: a) Mặt trên; b) Mặt dưới; c) Mặt bên.
Để ăng-ten MIMO hoạt động bình thường khi hệ số sóng đứng điện áp
VSWR 2 thì ρe 0,5, điều này tương đương với với S12 và S21 -15 dB.
Khi ăng-ten có dây chêm thì S12 và S21 -18 dB trong cả dải tần khảo sát,
trường hợp ăng-ten không có dây chêm thì ở đầu băng tần khảo sát có S12 và
S21 -15 dB. Trong trường hợp dùng dây chêm, mô phỏng và tính toán, hệ
số tương quan của ăng-ten có giá trị nhỏ hơn -20 dB, đảm bảo ăng-ten MIMO
hoạt động ổn định.
Để thấy rõ ảnh hưởng tương hỗ trong ăng-ten MIMO ta khảo sát sự ảnh
hưởng phân bố dòng của ăng-ten MIMO, tại tần số 3,5 GHz trong trường hợp
ăng-ten 1 hoạt động còn ăng-ten 2 không hoạt động. Khi không có dây chêm
thì dòng điện trên ăng-ten 1 đã cảm ứng sang ăng-ten 2. Tuy nhiên, với cấu
trúc có dây chêm thì dòng điện cảm ứng giữa hai ăng-ten sẽ giảm đi rất nhiều.
Hệ số tăng ích cực đại không đồng đều nhưng vẫn đảm bảo lớn hơn 2,3 dBi
trong cả dải tần từ 3,1 GHz đến 10,6 GHz, đạt giá trị cực đại là 5,4 dBi tại
tần số 10,0 GHz. Hiệu suất bức xạ của ăng-ten MIMO khá lớn, đạt được trong
khoảng từ 86% đến 95,5%. Vì ăng-ten MIMO gồm hai phần tử giống nhau, do
đó độ trễ nhóm của chúng như nhau và luôn bé hơn 0,9 ns.
14
11
W
w2
d
w3
x
w7
y
l1
o
d1
s
L
l2
w8
l3
w9
w1
l4
l5
Dây chêm
l6 l7
w4 w6
w5
w10
a)
Ăng-ten 2
Ăng-ten 1
Wg
Lg
t
d
h
b)
c)
-15
3.2.2 Chế tạo và đo kiểm các tham số của ăng-ten
Mô phỏng
Đo kiểm
-20
S21 and S21 [dB]
S12 và S21 [dB]
-25
-30
-35
-40
-45
-50
-55
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Tần số [GHz]
Frequency
[GHz]
a)
Hình 3.18: So sánh kết quả đo kiểm và mô phỏng của S12 và S21 .
Đo kiểm
330
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
300
b)
270
Hình 3.15: Ăng-ten chế tạo: a) Mặt trên; b) Mặt dưới.
240
2.4
2.4
2.2
VSWR2
VSWR1
1.8
1.6
1.2
1.2
1.0
1.0
5
6
7
8
9
10
11
Đo kiểm
330
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
300
3
4
5
6
7
8
9
10
11
Tần số [GHz]
Frequency
[GHz]
Tần số [GHz]
Frequency
[GHz]
270
(b)
(a)
Hình 3.16: So sánh hệ số sóng đứng điện áp: (a) ăng-ten 1; (b) ăng-ten 2.
240
Ăng-ten MIMO chế tạo như ở Hình 3.15, hệ số sóng đứng điện áp của ăngten 1 và ăng-ten 2 trong
MIMO được so sánh với kết mô phỏng như Hình 3.16,
H323
kết quả đo kiểm gần tương đồng với kết quả mô phỏng.
Kết quả đo tham số S12 và S21 như trên Hình 3.18, đảm bảo giá trị nhỏ hơn
-15 dB trong cả dải tần công tác.
Vì hai ăng-ten cấu tạo MIMO giống nhau nên ta so sánh kết quả đo và mô
phỏng đồ thị bức xạ của một ăng-ten. Khi đo đồ thị bức xạ ăng-ten 1, ăng-ten
1 được nối với nguồn cao tần còn ăng-ten 2 nối với tải 50 Ω và ngược lại. Kết
12
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
Đo kiểm
330
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
300
60
270
90
240
120
210
150
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
30
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
60
90
120
150
(b)
(a)
1.6
1.4
4
30
1.8
1.4
3
210
Mô phỏng
Đo kiểm
2.0
VSWR 2
2.0
VSWR 1
2.2
Mô phỏng
Đo kiểm
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
210
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
30
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
Đo kiểm
330
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
300
60
270
90
240
120
210
150
0
6
0
-6
-12
-18
-24
-30
-36
-42
-36
-30
-24
-18
-12
-6
0
6
180
30
Mô phỏng
Mặt phẳng xoz
Mặt phẳng yoz
60
90
120
150
(d)
(c)
Hình 3.19: So sánh đồ thị bức xạ: (a) 3,1 GHz; (b) 5,0 GHz; (c) 9,0 GHz;
H3251
(d) 10,6 GHz.
13
- Xem thêm -