Luận Văn Nghiên cứu khảo sát và ứng dụng anten trong thông tin vô tuyến+ source code

LỜINÓI ĐẦU
Ngàynay, chúng ta đã và đang đứng trước sự phát triển mạnh mẽ không ngừng của ngànhcông nghiệp viễn thông. Trong đó, không thể không kể đến thông tin vô tuyến đãphát triển và đạt được nhiều thành tựu đáng kể, thông tin vô tuyến ngày naykhông ngừng được nghiên cứu để cải tiến về dịch vụ và chất lượng nhằm đáp ứngnhu cầu ngày càng cao của người dùng. Nhắc đến thông tin vô tuyến không thể nàokhông nhắc đến một trong các thành phần quan trọng bậc nhất của lĩnh vực vô tuyếnđó là về anten. Trong thông tin vô tuyến, anten là một hệ thống cho phép truyềnvà nhận năng lượng trường điện từ. Anten cũng có thể được xem như là một thiếtbị dùng để truyền năng lượng trường điện từ giữa máy phát và máy thu mà không cầnbất cứ phương tiện truyền dẫn tập trung nào: như cáp đồng, cáp quang hay ống dẫnsóng.
Trongnhiều ứng dụng, anten hoàn toàn có thể so sánh được với các phương tiện truyềndẫn khác để chuyển tải năng lượng trường điện từ. Chính do “hiệu ứng da” nên việcsử dụng dây dẫn để truyền tải thông tin trở nên kém hiệu quả trong các hệ thốngthông tin tần số cao, lúc này anten càng thể hiện được sự vượt trội của mìnhtrong việc trong việc chuyển tải các trường điện từ. Đặc biệt trong các hệ thốngthông tin ở các khu vực có địa hình phức tạp hoặc các khu vực ít dân cư, việcxây dựng các hệ thống hữu tuyến trở nên tốn kém và khó khăn thì thông tin vôtuyến được chọn là giải pháp tối ưu.
Sóngtrường điện từ chi phối hoạt động của anten được mô tả bởi phương trìnhMaxwell. Các phương trình này được thiết lập bởi Maxwell vào năm 1876, ông đã thống nhất các định lý trước đó củaFaraday, Ampere và Gauss và cho thấy rằng vận tốc truyền lan sóng điện từ bằngvới vận tốc ánh sáng.
Cácbước phát triển của anten qua các giai đoạn từ giai đoạn hình thành cho đếnnay:
Năm1886: nhà vật lý người Đức, Heinrich Hertz đã kiểm tra bằng thí nghiệm sự tồn tạicủa sóng điện từ, ông đã phát triển các lưỡng cực đơn giản và các anten vòng.
Năm1987: nhà vật lý người Nga, Alexander Popov đã phát triển tuyến anten đầu tiênvà có khả năng truyền tín hiệu ở khoảng cách ba dặm.
Năm1901: Guglielmo Marconi ông đã thành công với hệ thống thông tin vô tuyến xuyênĐại Tây Dương với tần số hoạt động là 60Khz.
Năm1916: lần đầu tiên sử dụng kỹ thuật điều biên để truyền tín hiệu tiếng nói.
Năm1920: việc tạo ra các tín hiệu có tần số cao lên đến 1Mhz nên làm cho các antencó kích thước nhỏ về điện.
Năm1930: các nguồn dao động cao tần được tao ra với tần số lên đến dãy Ghz.
Năm1934: hệ thống vô tuyến điện thoại thương mại đầu tiên được tạo ra hoạt động giữaAnh và Pháp với tần số hoạt động 1.8Ghz.
Năm1940-1945: đạt được nhiều kết quả nghiên cứu trong việc phát triển radar, các mảngvà các anten thấu kính.
Năm1945 đến nay: kỷ nguyên của anten hiện đại. Anten hiên đại cho phép phân phốicác tín hiệu vô tuyến trên phạm vi toàn thế giới, cho phép thông thoại có tínhtoàn cầu nhanh chóng. Các ứng dụng trong công nghệ thông tin vệ tinh, và sựbùng nổ của công nghệ viễn thông dẫn đến lĩnh vực anten đang thu hút được rấtnhiều sự quan tâm.
Chínhvì sự quan trọng của anten trong viễn thông nói chung và trong thông tin vô tuyếnnói riêng, những người thực hiện đề tài đã chọn đề tài “ Nghiên cứu khảo sát và ứng dụng anten trong thông tin vô tuyến”. Nộidung đề tài được giới hạn trong 13 chương như sau:
Chương 1:Giới thiệu. Giới thiệu tổng quát công nghệ anten đang được phát triển trongthông tin vô tuyến những năm gần đây, công nghệ anten thông minh.
Chương 2:Cơ sở về Trường điện từ. Trình bày về các tính chất của trường điện từ và quátrình lan truyền của sóng điện từ trong các môi trường. Sự lan truyền của trườngđiện từ trong các hệ tọa độ khác nhau.
Chương 3:Cơ sở về anten. Trong chương này trình bày khá chi tiết về các thông số, đặctính của một anten và cũng giới thiệu sơ lượt về một số anten đơn giản.
Chương 4:Cơ sở về anten mảng. Các lọai anten mảng và các đặc tính của anten mảng được giớithiệu khá cụ thể trong chương này.
Chương 5:Khảo sát đặc tính một số anten trong thực tế và bằng phần mềm PCAAD. Khảo sát đặctính bức xạ cùng với các thông số khác của các anten cơ bản trong môi trường lítưởng (phần mềm PCAAD 5.0) và trong môi trường thực tế bằng bộ thí nghiệm ATS05của AMITEC.
Chương 6:Cơ sở về biến ngẫu nhiên và quá trình xử lí ngẫu nhiên. Định nghĩa về biến ngẫunhiên, các quá trình ngẫu nhiên, các hàm mật độ xác suất và quá trình dừng.
Chương 7:Các đặc tính của kênh truyền sóng. Chương này định nghĩa các mô hình kênh truyềnvô tuyến, các ảnh hưởng của kênh truyền lên tín hiệu phát và tín hiệu thu, vàcác cách thức cải thiện chất lượng của tín hiệu.
Chương 8:Ước lượng hướng góc tới. Trình bày các kỹ thuật toán ước lượng hướng tín hiệu đếnmáy thu, để từ đó anten định hướng bức xạ sao cho chính xác nhất.
Chương 9:Anten thông minh. Chương này trình bày các hình thức và các phương pháp định dạngbúp sóng trong anten thông minh.
Chương 10:Tăng độ phủ sóng và tăng dung lượng trong 3G. So sánh về độ phủ sóng và dung lượngtrong hệ thống CDMA2000 và WCDMA.
Chương 11:Anten thông minh trong các trạm di động. Chương này trình bày sơ lược về vấn đềđường downlink trong hệ thống CDMA và nêu lên các giải pháp làm tăng dung lượngđường downlink để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao của người dùng di động.
Chương 12:Anten thông minh trong hệ thống MIMO. Nội dung chương này giới thiệu về ứng củaanten thông minh trong hệ thống MIMO, các nguyên lý của hệ thống MIMO và hướng ứngdụng trong các hệ thống cellular.
Chương 13:Kết luận và hướng phát triển đề tài. Trong chương này nhóm trình bày các kết quảmô phỏng được rút ra kết luận, nêu các vấn đề đã làm được và các vấn đề chưalàm được, cùng với hướng phát triển đề tài trong tương lai.
Đốivới sinh viên các trường đại học nói chung và sinh viên ngành kỹ thuật nóiriêng, đồ án tốt nghiệp là một chủ đề then chốt để phần nào đúc kết lại các kiếnthức và kinh nghiệm của mình sau những năm tháng học tập tại trường. Bản thânnhóm thực hiện là sinh viên ngành Công nghệ Điện tử Viễn thông, khoa Điện – Điệntử của trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM, việc chọn đề tài thuộc lĩnh vực antenmột phần là do muốn thử thách và nâng cao bản thân do lĩnh vực anten là mộtlĩnh vực khó và mới mẻ, phần là do đây là lĩnh vực rộng, sâu về chuyên ngành ViễnThông, vốn là chuyên ngành đang phát triển rất nhanh.