Tải bản đầy đủ - 0 (trang)
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ANTEN TỰ CẤU HÌNH

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ANTEN TỰ CẤU HÌNH

Tải bản đầy đủ - 0trang

LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2017

 Ví dụ một anten tự cấu hình về tần số có thể dùng cho GSM, DCS, PCS,

UMTS, Bluetooth và WLAN.

1.1.3 Phân loại anten tự cấu hình

Mặc dù anten tự cấu hình có nhiều hình dạng khác nhau, nhưng có thể nhóm

làm 4 loại dựa theo chức năng có thể cấu hình lại của chúng:

 Anten tự cấu hình về tần số

 Anten tự cấu hình về mẫu bức xạ

 Anten tự cấu hình về sự phân cực

 Và loại anten kết hợp các chức năng trên

Trong trường hợp của anten tự cấu hình tần số, sự điều chỉnh tần số xảy ra

với các cấu hình anten khác nhau. Sự điều chỉnh tần số này được thấy qua sự dịch

tần số cộng hưởng trong dữ liệu về suy hao ngược của anten. Trong trường hợp của

anten tự cấu hình về mẫu bức xạ, các mẫu bức xạ thay đổi về hình dạng, hướng

hoặc độ khuếch đại. Còn trường hợp anten tự cấu hình về phân cực thì các loại phân

cực thay đổi theo mỗi cấu hình của anten. Loại cuối cùng là loại có nhiều thc tính

kết hợp của các anten trên.

Các anten tự cấu hình cũng có thể được phân thành nhóm dựa vào kĩ thuật

thực hiện:

 Nhóm 1: Nhóm anten sử dụng các bộ chuyển mạch

 Nhóm 2: Nhóm anten sử dụng tụ điện, và diode biến dung

 Nhóm 3: Nhóm anten sử dụng sự thay đổi góc vật lý

 Nhóm 4: Nhóm anten sử dụng mạch tiếp điện cấu hình lại được

1.1.4 Các nguyên lý thiết kế cơ bản

Sự tự cấu hình của anten có thể đạt được dựa theo các nguyên lý cơ bản sau

 Nguyên lý 1: Để thiết kế anten có tần số là tham số có thể cấu hình lại được,

người thiết kế cần làm thay đổi sự phân bố dòng điện bề mặt trên anten.

 Nguyên lý 2: Để thiết kế anten có mẫu bức xạ có thể cấu hình lại được người

thiết kế cần thay đổi biên bức xạ, khe bức xạ hoặc mạng tiếp điện.



Trang 12



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2017

 Nguyên lý 3: Để thiết kế anten có trường phân cực có khả năng cấu hình lại,

người thiết kế cần thay đổi cấu trúc bề mặt của anten hoặc thay đổi mạng tiếp

điện cho anten.

 Nguyên lý 4: Để thiết kế anten có đồng thời các thuộc tính trên, người thiết

kế cần sử dụng đồng thời các nguyên lý trên.

Một anten được gọi là anten nhiều phần nếu nó được cấu thành bởi một dãy

các thành phần đồng dạng (tam giác, vng …). Nếu khác, nó được gọi là anten đơn

phần. Anten nhóm 1 sử dụng các bộ chuyển mạch để kết nối các phần khác nhau

trong anten nhiều phần hoặc để bắc qua các khe tồn tại trong anten một phần. Trong

anten nhiều phần, các bộ chuyển mạch dùng để mở rộng kích thước của anten hoặc

để đạt được đặc tính bức xạ đặc biệt. Tuy nhiên trong anten đơn phần các bộ chuyển

mạch kết nối các khe để đổi hướng sự phân bố các dòng bề mặt theo các hướng

khác nhau và thay đổi đặc tính của anten.

Anten tự cấu hình nhóm 2 sử dụng tụ điện hoặc diode biến dung trong anten

nhiều phần cũng như anten đơn phần để cấu hình lại điện dung giữa các phần anten

khác nhau hoặc giữa các khe trong cấu trúc anten. Các anten nhóm 3 sử dụng sử

dụng sự thay đổi vật lý như là uốn cong hoặc quay một phần để phân bố lại dòng bề

mặt và thay đổi thuộc tính bức xạ. Anten nhóm 4 cấu hình lại mạng tiếp điện thay vì

cấu hình lại cấu trúc của anten.

1.2 Một số mẫu anten tự cấu hình

1.2.1 Anten tự cấu hình sử dụng các bộ chuyển mạch (nhóm 1)

Anten ở hình 1.1 được tạo thành bởi các miếng khác nhau được kết nối bởi

các bộ chuyển mạch. Các anten tự cấu hình được sản xuất như hai mẫu riêng biệt

(cấu hình mở và cấu hình đóng). Loại anten này thu được sự điều chỉnh tần số bức

xạ và sự phân cực.



Trang 13



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2017



Hình 1. 1 Anten tự cấu hình gồm các ơ bức xạ được kết nối bởi các bộ chuyển

mạch RF MEMS cấu hình mở [1]



Hình 1. 2 Cấu hình của anten hoạt động ở 2 tần số khác nhau [1]

Trên hình 1.3 anten tự cấu hình dựa trên anten Yagi. Anten này được thiết kế

sử dụng thành phần cơ bản là chấn tử có khả năng cấu hình lại để làm việc ở hai tần



Trang 14



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2017

số với gấp đôi số thanh dẫn xạ và phản xạ ở tần số cao hơn so với ở tần số thấp hơn.

Mỗi trong số hai cấu hình của anten tồn tại một tần số cộng hưởng.



Hình 1. 3 Anten Yagi tự cấu hình.[2]

Trên hình 1.4 là anten dạng xoắn ốc phẳng, thiết kế dựa trên tấm hình xoắn

ốc sử dụng các bộ chuyển mạch để mở rộng hoặc làm ngắn chiều dài của nhánh

xoắn ốc. Miếng hình xoắn ốc này được in trên tấm điện môi và được tiếp điện ở

điểm trung tâm bằng một cáp đồng trục. Việc sử dụng tiếp điện cáp đồng trục anten

được kích thích thơng qua đầu dò đứng, cái được hình thành bằng việc kéo dài vật

dẫn bên trong của đường đồng trục, trong lúc mặt ngoài của cáp đồng trục được kết

nối với mặt phẳng đất của tấm nền. Anten xoắn ốc này bao gồm 5 phần, được kết

nối bởi bốn bộ chuyển mạch RF MEMS. Vị trí của các bộ chuyển mạch được xác

định để đạt độ khuếch đại tối ưu ở tần số mong muốn. Anten này đạt được việc điều

chỉnh tần số bức xạ và mẫu bức xạ.



Trang 15



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2017



Hình 1. 4 Anten nhiều phần với các bộ chuyển mạch được sử dụng để thay đổi

chiều dài đoạn xoắn ốc.[2]

Có rất nhiều nhiều anten tự cấu hình sử dụng bộ chuyển mạch nhằm mục

đích cho ứng dụng vơ tuyến nhận thức (cognitive radio application) như là anten

trong hình 1.5 1.6 1.7 dưới đây. Vô tuyến nhận thức (Cognitive radio) là một mô

thức mới cho truyền thông không dây trong đó mạng hoặc các nút mạng thay đổi

các tham số truyền hoặc nhận để truyền thơng một cách có hiệu quả tránh gây nhiễu

với những người sử dụng có giấy phép hoặc không. Sự thay đổi các thông số này

dựa vào sự giám sát một vài nhân tố bên trong và bên ngồi mơi trường vơ tuyến,

như là phổ tần số, cách dùng của người sử dụng, tình trạng mạng. Mô thức này hứa

hẹn tạo ra chất lượng dịch vụ tốt hơn cho người sử dụng trong lúc đồng thời làm có

khả năng sử dụng mở rộng hơn phổ tần số vơ tuyến sẵn có.



Trang 16



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2017



Hình 1. 5 Anten hai băng tần cho hệ thống vơ tuyến nhận thức



Hình 1. 6 Anten hai băng tần sử dụng RF MEMS [2]



Hình 1. 7 Anten khe hình vành khăn sử dụng PIN diode [4]

Trang 17



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2017

Trên hình 1.7 là anten khe hình vành khăn (Annular Slot Antenna - ASA),

đây là mẫu anten sử dụng PIN diode để điều chỉnh mẫu bức xạ trong khi vẫn giữ tần

số bức xạ không đổi. Tần số hoạt động của anten này là 5.8GHz. Các PIN diode lớn

được sử dụng để ngắn mạch ASA ở những vị trí được định trước trên khe hình tròn.

Hai diode đặt đỗi xứng hai bên so với đường tiếp điện, lệch so với đường tiếp điện

một góc 45 độ. Như vậy lần lượt các PIN diode mở sẽ cho anten với cấu hình phân

cực khác nhau.

1.2.1 Anten tự cấu hình sử dụng tụ điện hoặc biến dung (nhóm 2)

Anten PIFA có khe hình chữ U. Một diode biến dung được tích hợp vào giữa

khe và đường dây phân áp để điều chỉnh tần số hoạt động. Loại anten này hoạt động

trong dải từ 1.64GHz đến 2.05 GHz tương ứng với điện áp phân cực từ 0v đến 20v.

Dải tần số điều chỉnh có độ rộng băng thơng khoảng 410MHz bao gồm dải tần của

một số ứng ứng truyền thông di đông như của DCS(17 10-1880MHz), PCS(17501870MHz) và PCS(USA)(1850-1990MHz). Loại anten này có kích thước là

40*15*8 mm3. Loại anten này có kích thước đủ nhỏ cho các thiết bị cầm tay có thể

dùng làm anten cho các thiết bị cầm tay thế hệ 4.



Trang 18



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2017



Hình 1. 8 Anten PIFA sử dụng diode biến dung [3]

1.2.3 Anten tự cấu hình sử dụng sự thay đổi góc vật lý (nhóm 3)

Trên hình 2.15 là anten sử dụng sự thay đổi cấu trúc cơ học để đạt được sự tự

cấu hình. Loại anten này được sản xuất trên một tấm ăn mòn nằm trên tấm nền. Một

lớp mỏng vật liệu từ được mạ lên bề mặt anten. Bằng việc ăn mòn lớp ăn mòn giữa

anten và tấm nền, anten được giải phóng và chỉ được kết nối bởi đường tiếp điện

của nó. Khi một trường ngoài được đặt vào cấu trúc anten bị quay đi một góc do

vùng nối giữa phần tấm vi dải cố dịnh và phần được giải phóng bị biến dạng. Sự

biến dạng này cho phép điều chỉnh đặc tính bức xạ của anten.



Hình 1. 9 Anten có thể được uốn cong nhờ từ trường ngoài [2]



Trang 19



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2017

1.2.4 Anten sử dụng mạng tiếp điện có khả năng cấu hình lại (nhóm 4)

Một trong những anten đầu tiên được phân vào loại này là anten trên hình

1.10. Anten này gồm một phần tử có khe, một mặt phẳng nền, và một mạng chuyển

mạch động, cái mà có thể lựa chọn vị trí điểm tiếp điện (hoặc vị trí 0 hoặc vị trí 1)

tạo nên sự cộng hưởng khác nhau ứng với mỗi vị trí tiếp điện.



Hình 1. 10 Anten với vị trí tiếp điện có thể thay đổi [2].

Một thiết kế khác có sử dụng tiếp điện có khả năng cấu hình lại như hình

1.11. Anten này thu được sự đa dạng về đặc trưng bức xạ. Như ta thấy, mạng tiếp

điện của anten có sử dụng các PIN diode, ứng với các trạng thái khác nhau của các

bộ chuyển mạch này anten sẽ có các đặc tính bức xạ khác nhau.



Hình 1. 11 Anten với mạch tiếp điện cấu hình lại được [2]

Trang 20



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2017

1.3 Những thiết kế mới

1.3.1 Anten tự cấu hình dựa trên tiếp điện quay

1.3.1.1 Cấu trúc và thuộc tính của anten

Cấu trúc cơ bản của anten như trên hình 1.12 bao gồm 3 lớp khác nhau. Lớp

phía dưới là mặt phẳng nối đất được phủ bởi lớp nền (rộng 3 cm và dài 7.5cm). Lớp

nền ở giữa này có hằng số điện mơi là ξ=3.9 và dày 1.6mm. Lớp phía trên là tấm

bức xạ bao gồm một hình chữ nhật 1.5 x 2cm được nối với một tam giác cân (đáy

1.5cm chiều cao 4cm). Bên trong tấm hình chữ nhật là 10 khe hình chữ nhật có

phân bố Chebychev chung quanh khe chữ nhật trung tâm. Bên trong tấm tam giác

có khe hình tam giác cân với đáy là 0.75cm cao 0.6062cm. Anten được tiếp điện

bằng đầu nối SMA 50Ω ở vị trí thích hợp.



Hình 1. 12 Cấu trúc anten với các khe [2].

1.3.1.2 Thiết kế anten tự cấu hình

Trong mẫu thiết kế này anten tự cấu hình về tần số khơng sử dụng các bộ

chuyển mạch. Vì ứng với mỗi phân bố dòng bề mặt của anten sẽ cho một tập các tần

số bức xạ khác nhau. Kĩ thuật tự cấu hình ở đây sử dụng việc xoay các khe. Từ phân

bố các khe theo Chebychev, sự quay của chúng sẽ thay đổi phân bố dòng bề mặt

trên tấm bức xạ của anten và như vậy thiết lập được vị trí tiếp điện quay gián tiếp.



Trang 21



LUẬN VĂN TỐT NGHIỆP 2017

Sự quay khe sẽ làm thay đổi trở kháng vào của anten. Trên hình 1.13 cho

thấy kết quả mơ phỏng hệ số sóng đứng (VSWR) ở 3 vị trí xoay khác nhau của khe,

thể hiện sự điều chỉnh tần số bức xạ. Sự dịch chuyển tần số bức xạ cũng như băng

thông và biên độ xảy ra khi thay đổi vị trí các khe.



Hình 1. 13 Hệ số VSWR cho 3 vị trí khác nhau của khe [2].

Mẫu anten được sản xuất như trên hình 1.14. Một hình trụ nhỏ được cắt khỏi

anten, thay vào đó là khối hình trụ có thể xoay được. Sự di dời của khối trụ bắt đầu

từ đáy của anten (mặt phẳng đất) cho tới mặt trên cùng (tấm bức xạ). Nó thì quan

trọng để đảm bảo rằng, phần bức xạ trên trụ xoay ln tiếp xúc với khe tròn trên

tấm bức xạ của anten để đảm bảo dòng điện bề mặt được liên tục khi xoay trụ. Mẫu

sản xuất trên hình 1.14 thì núm xoay được điều chỉnh thủ cơng. Trên hình 1.16 cho

thấy suy hao ngược giữa anten mơ phỏng và anten thực tế là khá phù hợp nhau.



Trang 22



Tài liệu bạn tìm kiếm đã sẵn sàng tải về

CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ANTEN TỰ CẤU HÌNH

Tải bản đầy đủ ngay(0 tr)

×