Luận Văn Nghiên cứu và thiết kế anten vi dải

LỜI MỞ ĐẦU

Truyền thông không dây đã và đang phát triển rất nhanh trong những năm gần đây, theo đó các thiết bị di động đang trở nên càng ngày càng nhỏ hơn. Để thỏa mãn nhu cầu thu nhỏ các thiết bị di động, anten gắn trên các thiết bị đầu cuối cũng phải được thu nhỏ kích thước. Các anten phẳng, chẳng hạn như anten vi dải (microstrip antenna) và anten mạch in (printed antenna), có các ưu điểm hấp dẫn như kích thước nhỏ và dễ gắn lên các thiết bị đầu cuối, sẽ là lựa chọn thỏa mãn yêu cầu thiết kế ở trên. Cũng bởi lí do này, kỹ thuật thiết kế anten phẳng băng rộng đã thu hút rất nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu anten.
Gần đây, đặc biệt là sau năm 2000, nhiều anten phẳng mới được thiết kế thỏa mãn các yêu cầu về băng thông của hệ thống truyền thông di động tế bào hiện nay, bao gồm GSM (Global System for Mobile communication, 890 – 960 MHz), DCS (Digital Communication System, 1710 – 1880 MHz), PCS (Personal Communication System,1850 – 1990 MHz) và UMTS (Universal Mobile Telecommunication System, 1920 - 2170 MHz), đã được phát triển và xuất bản trong nhiều các tài liệu liên quan.

Anten phẳng cũng rất thích hợp đối với ứng dụng trong các thiết bị truyền thông cho hệ thống mạng cục bộ không dây (Wireless Local Area Network, WLAN) trong các dải tần 2.4 GHz (2400 – 2484 MHz) và 5.2 GHz (5150 – 5350 MHz).Anten vi dải vốn đã có băng thông hẹp nên việc mở rộng băng thông thường là một yêu cầu hết sức quan trọng đối với các ứng dụng thực tế hiện nay. Do đó, việc giảm kích thước và mở rộng băng thông đang là xu hướng thiết kế chính cho các ứng dụng thực tế của anten vi dải.
Khóa luận tập trung nghiên cứu và thiết kế một anten vi dải tuyến tính hình chữ nhật với kỹ thuật tiếp điện thích hợp bằng phần mềm AWR nhằm làm rõ những đặc trưng cơ bản như đặc tính bức xạ,băng thông trở kháng của anten vi dải.
Khóa luận gồm 3 chương :

Chương 1 : Lý thuyết về anten và anten vi dải.
Chương 2 : Giới thiệu phần mềm AWR.
Chương 3 : Thiết kế,mô phỏng anten vi dải bằng AWR.
Phần đầu trong chương 1 giới thiệu và định nghĩa anten cùng với các tham số cơ bản của nó như giản đồ bức xạ,hệ số định hướng,hệ số tăng ích Phần tiếp theo trình bày sơ lược về lý thuyết anten vi dải,ưu và nhược điểm các loại anten vi dải và các kỹ thuật tiếp điện thường gặp cho chúng.

Chương 2 trình bày một cách tổng quát về cách tổng quan về phần mềm thiết kế AWR,sơ lược cách sử dụng phần mềm.

Chương 3 đi vào tính toán,thiết kế các tham số cần thiết cho một anten patch vi dải tuyến tính ghép khe hở và tiến hành mô phỏng nó trên phần mềm AWR.Cuối chương 3 là phần kết luận và đặt ra những hướng phát triển tiếp theo nhằm giúp đề tài hoàn thiện hơn.

MỤC LỤC
LỜI CẢM ƠN i
LỜI MỞ ĐẦU ii
DANH MỤC HÌNH VẼ. iv
MỤC LỤC 1
Chương 1. LÝ THUYẾT CHUNG VỀ ANTEN VÀ ANTEN VI DẢI 4
1. Lý thuyết chung về anten. 4
1.1. Giới thiệu anten. 4
1.2. Các tham số cơ bản của anten . 5
1.2.1. Sự bức xạ sóng điện từ bởi một anten. 5
1.2.2. Giản đồ bức xạ. 6
1.2.3. Mật độ công suất bức xạ. 9
1.2.4. Cường độ công suất bức xạ. 10
1.2.5. Hệ số định hướng. 11
1.2.6. Hệ số tăng ích. 11
1.2.7. Phân cực. 12
1.2.8. Băng thông. 14
1.2.9. Trở kháng vào. 14
2. Lý thuyết chung về anten vi dải. 15
2.1. Giới thiệu. 15
2.1.1. Ưu điểm và hạn chế của anten vi dải. 16
2.1.2. Cơ chế bức xạ. 17
2.2. Các loại anten vi dải thông dụng. 19
2.2.1. Anten patch vi dải (Microstrip Patch Antenna) 19
2.2.2. Anten vi dải lưỡng cực (Microstrop Dipole Antenna) 21
2.2.3. Anten khe mạch in (Printed Slot Antenna). 21
2.2.4. Anten sóng chạy vi dải (Microstrip Traveling-Wave Antenna). 22
2.3. Các kỹ thuật cấp nguồn cho anten vi dải. 23
2.3.1. Đường truyền vi dải (Microstrip Feed). 23
2.3.2. Tiếp điện bằng cáp đồng trục (Coaxial Feed). 25
2.3.3. Ghép gần (Proximity Coupled Microstrip Feed). 26
2.3.4. Ghép khe hở (Aperture-Coupled Microstrip Feed). 26
2.4. Mảng anten vi dải. 28
2.4.1. Giới thiệu. 28
2.4.2. Đường dẫn song song. 29
Chương 2. TÌM HIỂU PHẦN MỀM AWR 34
1. Giới thiệu phần mềm AWR. 34
2. Môi trường thiết kế AWR. 35
2.1. Các thành phần cơ bản của AWR. 35
2.2. Các thao tác cơ bản trên AWR. 37
2.2.1. Schematic và Netlist trong MWO/AO. 37
2.2.2. Sơ đồ hệ thống trong VSS. 38
2.2.3. Cấu trúc EM. 38
2.2.4. Tạo layout với MWO và AO. 40
2.2.5. Tạo đồ thị cho hệ số đo lường ở ngõ ra. 43
2.2.6. Biểu diễn mô phỏng. 44
Chương 3. THIẾT KẾ ANTEN VI DẢI 50
1. Ảnh hưởng của các thông số đến thiết kế. 50
1.1. Chất nền. 50
1.2. Hình dạng patch. 51
1.3. Kỹ thuật tiếp điện. 52
2. Thiết kế,tính toán thông số. 53
2.1. Patch. 54
2.1.1. Chất nền. 54
2.1.2. Tần số thiết kế. 54
2.1.3. Mode cơ bản. 54
2.1.4. Tỉ số kích thước. 55
2.1.5. Chiều dài patch. 55
2.1.6. Chiều rộng patch. 55
2.1.7. Băng thông của patch. 56
2.1.8. Vị trí đặt patch. 57
2.2. Mặt phẳng đất. 57
2.3. Đường nối vi dải. 57
2.3.1. Chất nền. 58
2.3.2. Sóng trong đường truyền vi dải. 58
2.3.3. Độ rộng hiệu dụng của đường truyền vi dải. 59
2.3.4. Giá trị quasi-static của trở kháng đặc trưng. 60
2.3.5. Độ phân tán trong đường truyền vi dải. 60
2.3.6. Độ rộng đường truyền vi dải. 62
2.4. Khe hở và nhánh cụt. 63
2.4.1. Vị trí đặt khe hở. 63
2.4.2. Độ dài khe hở. 63
2.4.3. Độ rộng khe hở. 64
2.4.4. Chiều dài hiệu dụng của nhánh cụt. 64
2.4.5. Chiều dài nhánh cụt. 64
3. Thiết kế,mô phỏng bằng AWR. 65
3.1. Mô phỏng trên AWR. 66
3.1.1. Thiết lập thông số cho anten. 66
3.1.2. Thiết kế anten trên AWR. 69
3.2. Kết quả mô phỏng. 74
4. Kết luận và hướng phát triển của đề tài. 76
TÀI LIỆU THAM KHẢO 78