Báo Cáo Thiết kế anten vi dải cho ứng dụng GNSS

THIẾT KẾ ANTEN VI DẢI CHO ỨNG DỤNG GNSS
Thiết kế anten vi dải cho ứng dụng GNSS



Ngày nay các ứng dụng của hệ thống GNSS(Global Navigation Satellite Systems) đã và đang xâm nhập vào đời sống xã hội ngày càng đa dạng và phong phú. Để phục vụ cuộc sống ngày một tốt hơn, nhiều hệ thống định vị dẫn đường trên thế giới đã ra đời như: GPS(Global Positionting System) của Mỹ, Glonass của Nga và Galileo của Châu Âu. Trong các bộ thu tín hiệu định vị, thiết bị đầu cuối anten đóng vai trò quan trọng, làm tăng độ nhạy, giảm mức tiêu thụ năng lượng. Trong phạm vi bài báo này sẽ phân tích một anten vi dải hoạt động ở tần số 1565MHz đến 1595MHz. Phục vụ cho các thiết bị tích hợp ứng dụng của GNSS trong hiện tại và tương lai.
I. Giới thiệu chung về anten vi dải.
Những cấu trúc bức xạ vi dải được đưa ra lần đầu tiên vào năm 1953. Tuy nhiên phải gần hai mươi năm sau, những anten thực tế mới được sản xuất. Kể từ đó, việc nghiên cứu, phát triển các anten vi dải và các mảng anten vi dải không ngừng được mở rộng, nhằm khai thác triệt để những ưu điểm, cũng như cách khắc phục các nhược điểm của loại anten này.
Anten vi dải với cấu hình đơn giản nhất bao gồm một patch phát xạ

nằm trên một mặt của một lớp điện môi (lớp đế), mặt kia lớp điện môi là mặt phẳng đất, chất dẫn điện lý tưởng. Miếng Patch là chất dẫn điện, có thể là bất kỳ hình dạng nào, nhưng thường sử dụng hình dạng sao cho việc phân tích, tính toán thiết kế dễ dàng, hiệu quả.
Tuy nhiên với sự phát triển của công nghệ và sự ra đời của các chương trình mô phỏng thiết kế cho phép có thể thiết kế patch ở bất kỳ hình dạng nào. Hằng số điện môi của lớp đế đóng vai trò quan trọng đối với hoạt động của anten, ảnh hưởng đến trở kháng đặc tính, tần số cộng hưởng, băng thông và hiệu suất của anten.
II. Tính toán kích thước và mô phỏng.
Anten thiết kế ở đây là mô hình anten một lớp, điện môi được sử dụng là FR4_epoxy có hằng số điện môi ε =4.4. Tính tóan xấp xỉ kích thước của anten theo công thức sau:

Với λ là bước sóng trong không gian tự do, λd là bước sóng trong chất điện môi, ε là hệ số điện môi của lớp đế.
Thông số về kích thước gần đúng của anten như sau:
Wp=Lp= 43,91mm,∆L = 4,87mm, r1l = 37,09mm,w1l= 8,31mm,
sử dụng lớp điện môi có ε = 4,4 bề dầy lớp điện môi h (h có thể thay đổi để tìm được anten được tối ưu), kích thước lớp điện môi và Ground: 90mmx104mm.
Anten GNSS gồm hai phần cơ bản: Mặt bức xạ (patch), đường truyền vi dải tiếp điện cho patch, cũng là mạch phối hợp trở kháng dùng bộ phối hợp trở kháng λ/4.
Băng tần làm việc, băng thông phụ thuộc vào kích thước tấm patch và bề dầy lớp điện môi. Sau đây sẽ tiến hành khảo sát một vài trường hợp để thấy được sự phụ thuộc này.