- ❖ Phân tích 1 ví dụ - Phân tích bài báo “Thiết kế mạch thu hoạch năng lượng từ sóng viễn thông cho các cảm biến không dây tự chủ năng lượng” - Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện tử,
Trang 1HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG
—^ffl^ —
BÀI TIỂU LUẬN HỌC PHẦN: PHƯƠNG PHÁP LUẬN NGHIÊN CỨU KHOA HỌC
Nhóm môn học: 09
Giảng viên: NGUYỄN THỊ KIM CHI
Sinh viên thực hiện: Cao Xuân Sơn Ngày sinh: 21/02/1999
Số điện thoại: 0945211486
Mã sinh viên: B17DCVT304 Lớp: D17CQVT08-B
Trang 2Phương pháp luận nghiên cứu khoa học Cao Xuân Sơn-B17DCVT304
Lời cảm ơn
Trong 4 năm được học tập tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn Thông, sinhviên chúng em đã nhận được sự chỉ bảo giúp đỡ tận tình của Thầy Cô giáo trong Họcviện Đặc biệt, sinh viên nghành Kỹ Thuật Điện Tử Truyền Thông chúng em đã được tìmhiểu, nghiên cứu, học hỏi, tiếp thu biết bao nhiêu kiến thức dưới sự hướng dẫn tận tâmcủa thầy cô
Trước hết em xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc nhất tới các Thầy Cô giáo củaHọc Viện nói chung và các thầy cô trong bộ môn nói riêng đã tận tình giảng dạy, truyềnđạt kiến thức và những kinh nghiệm quý báu trong suốt các môn học kỹ năng
Em xin được gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cô Nguyễn Thị Kim Chi, cô đã nhiệt tìnhchỉ dạy cho chúng em những kiến thức cần thiết của môn học và cô cũng là người chỉ bảonhiệt tình để chúng em hoàn thành bải tiểu luận này
Tuy đã cố gắng nhưng do kiến thức còn hạn chế nên bài tiều luận cuối khóa vẫncòn nhiều thiếu sót, hi vọng cô góp ý và bổ sung để chúng em hoàn thiện bài tiểu luậncủa mình một cách tốt nhất
Cuối cùng, em xin kính chúc Cô và gia đình dồi dào sức khoẻ, thành công trong sựnghiệp cao quý!
Em xin chân thành cảm ơn !
Sinh viên: Cao Xuân Sơn
Hà Nội, tháng 06 năm 2021
Trang 3Phương pháp luận nghiên cứu khoa học Cao Xuân Sơn-B17DCVT304
Mục lục Câu 1: Anh/chị hãy nêu cấu trúc của một bài báo khoa học và nội dung cần trình bày trong mỗi phần? Phân tích 1 ví dụ để chứng minh 2 Câu 2: Anh/chị hãy tìm kiếm 1 bài báo khoa học về chủ đề nghiên cứu mà anh/chị đang quan tâm trong chuyên ngành học của mình (cùng chủ đề câu 3) Nghiên cứu bài báo và xác định: 5 Câu 3: Anh/chị hãy xây dựng đề xuất nghiên cứu về 1 vấn đề nghiên cứu
trong chuyên ngành học của anh/chị mà anh/chị quan tâm (theo mẫu) 8
Trang 4Câu 1: Anh/chị hãy nêu cấu trúc của một bài báo khoa học và nội dung cần trình bàytrong mỗi phần? Phân tích 1 ví dụ để chứng minh.
-Bài
làm-❖ Cấu trúc của một bài báo khoa học và nội dung cần trình bày trong mỗi phần
- Tiêu đề bài báo (Title): Chỉ tên bài báo, số lượng từ trong tiêu đề bài báo
tùy theo quy định từng tạp chí, thông thường từ 10-18 từ phản ánh nội dung
đề cập trong bài báo Dưới tiêu đề bài báo thường là tên tác giả, tập thể tácgiả, email, cơ quan công tác, ngày nhận bài báo và ngày chấp nhận đăng bàibáo
- Tóm tắt (Abstract): Số lượng từ phần này tùy theo quy định của từng tạp
chí, thông thường là 100-250 từ Tóm tắt bài báo thường phải thể hiện vấnđề/mục tiêu nghiên cứu, phương pháp nghiên cứu, thời gian, số liệu dùngcho nghiên cứu, kết quả tác giả mới tìm ra, và kết luận Tất cả được trìnhbày hết sức ngắn gọn, cô đọng Dưới tóm tắt là từ khóa (Key words) gồm 3
- 5 từ quan trọng có tần suất lặp lại nhiều
- Đặt vấn đề/ Giới thiệu (Introduction): phần dẫn nhập này thường nói về cơ
sở, lý do, tầm quan trọng của vấn đề tác giả muốn nghiên cứu và cấu trúccủa bài báo Quan trọng nhất là tác giả phải nêu rõ câu hỏi nghiên cứu củamình (research question)
- Lược sử về nghiên cứu trước đây (Literature review): Một số bài báo khoa
học gộp mục này với mục giới thiệu (introduction) bên trên, tùy vào ý đồtác giả, cũng có nhiều trường hợp tách riêng Phần này tác giả phải nêunhững nghiên cứu quan trọng trước đây trên thế giới đã làm liên quan đếnvấn đề mình nghiên cứu Tác giả phải chỉ ra các nghiên cứu trước đã đi tớiđâu, đạt kết quả gì? Những gì còn thiếu, chưa hoàn chỉnh, hoặc bị sai lệch?
kể cả về mặt lý thuyết (theoretically) và thực nghiệm (empirically), từ đótìm cách bổ sung, hoàn chỉnh, điều chỉnh thể hiện sự đóng góp mới của tácgiả cho sự phát triển khoa học.Nếu nghiên cứu của tác giả đề cập đến mộtvấn đề lý thuyết hoặc thực nghiệm hoàn toàn mới chưa ai nghiên cứu thìphần này chỉ cần nói đến vấn đề riêng tác giả cũng có thể gộp vào phần giớithiệu Trong thực tế, có rất ít các nghiên cứu như vậy, phần lớn được pháttriển từ các nghiên cứu trước đó
- Phương pháp và số liệu dùng cho nghiên cứu (Methodologies and Data):
Phần này đề cập nghiên cứu sử dụng phương pháp gì Chẳng hạn như phântích định tính (qualitative analysis), phân tích định lượng (quantitativeanalysis), mô tả (descriptive), thực nghiệm (empirical study) .tùy từngcông trình, mục tiêu, lĩnh vực nghiên cứu để chọn cho phù hợp và số liệu/dữ
Trang 5- liệu nào Đây là công cụ giúp tác giả trả lời câu hỏi nghiên cứu của bản thân
đưa ra
- Kết quả và thảo luận (Results andDiscussion): Phần này tác giả chỉ ra,
giải thích và thảo luận về các kết quả mình mới tìm thấy mà nghiên cứu
trước chưa tìm ra hoặc phản bác lại kết quả của các nghiên cứu trước, hoặc
bổ sung thêm để hoàn thiện về lý thuyết hoặc thực nghiệm cho các nghiêncứu trước đây đã đề cập ở mục lược sử (Literature review) Nói cách khác,đây chính là câu trả lời cho câu hỏi nghiên cứu ở mục Giới thiệu -
Introduction
- Kết luận (Conclusion): Phần kết luận tổng lược kết quả nghiên cứu, nêu bật
ý nghĩa khoa học của kết quả nghiên cứu, ứng dụng của chúng vào thực tếcuộc sống, hoặc giúp cho việc hoạch định chính sách ra sao (đóng góp
(contribution) của nghiên cứu), ưu nhược điểm của nghiên cứu như thế nào,
và những định hướng cho các nghiên cứu liên quan trong tương lai
- Tài liệu tham khảo (References): Mục này gồm các tài liệu có trích dẫn
hoặc là cơ sở quan trọng cho việc phân tích logic của nghiên cứu đề cập
trong bài báo Xin lưu ý, phần này cần trình bày theo tiêu chuẩn các tạp chíđưa ra
- Lời cám ơn (Acknowledgements) nếu có: Là lời cám ơn tới các cơ quan, tổ
chức tài trợ, các cá nhân có đóng góp, giúp đỡ cho việc viết và hoàn thiệnbài báo
- ❖ Phân tích 1 ví dụ
- Phân tích bài báo “Thiết kế mạch thu hoạch năng lượng từ sóng viễn thông cho các
cảm biến không dây tự chủ năng lượng” - Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 về Điện
tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020)
- Tiêu đề bài báo
- o Tên bài báo: “Thiết kế mạch thu năng lượng từ sóng viễn thông chocác cảm biến không dây tự chủ năng lượng”
- o Tên tác giả: Vũ Hồng Tiến, Lê Minh Thùy - Bộ môn kỹ thuật đo vàtin học công nghiệp, Viện Điện Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội
- o Email: tien.vh164838@sis.hust.edu.vn
thuy.leminh@hust.edu.vn
- Tóm tắt: Bài báo đề xuất một mạch thu hoạch năng lượng từ sóng viễn
thông trong môi trường xung quanh Mạch được được đo đạc và thử nghiệmthu hoạch năng lượng ở dải tần số 3.6-3.8 GHz tương ứng với nguồn sốngviễn thông công nghệ 5G trong điều kiện thử nghiệm ở phòng nghiên cứucho hiệu suất chuyển đổi RF-DC cao nhất đạt 50% khi công suất sóng tới là
Trang 60dBm và 39% tại -10 dBm Hiệu suất chuyển đổi được nâng cao nhờ giải
Trang 7- pháp không sử dụng mạch phối hợp trở kháng nối giữa mạch chỉnh lưu và
anten, nhờ đó kích thước của mạch cũng được giảm
- o Từ khóa: Thu hoạch năng lượng từ sóng điện từ, anten, 5G, cảm biến
không dây tự chủ năng lượng
- Giới thiệu chung và Lược sử về nghiên cứu trước đây trong bài báo này
được gộp chung với nhau Trong phần này, bài báo đề cập đến khái niệm, ýtưởng, lịch sử của hệ thống truyền năng lượng không dây và công nghệ thuhoạch năng lượng từ sóng điện từ Ngoài ra bài báo cũng viết về xu hướnghiện nay của công nghệ thu năng lượng, ưu nhược điểm của công nghệ
thông qua việc khảo sát các kết quả nghiên cứu khác trong những năm gầndây Từ đó đưa ra các thách thức chính của công nghệ thu năng lượng RF
đó là hiệu suất chuyển đổi năng lượng của các mạch thu năng lượng đều kháthấp ^ Đưa ra đề xuất thiết kế mạch thu hoạch năng lượng từ sóng viễn
thông có trong môi trường sống với công suất tới -10 dBm
- Phương pháp và số liệu dùng cho nghiên cứu: Mạch thu hoặc n ăng
lượng từ sóng điện từ chính là anten thu và mạch chỉnh lưu Anten giúp
chuyển đổi năng lượng sóng điện từ trong môi trường thành điện áp xoaychiều tần số cao Năng lượng thu được này sẽ được chuyển tới mạch chỉnhlưu và lọc nhằm biến đổi chúng thành điện áp một chiều phù hợp cho việclưu trữ và cấp nguồn cho các thiết bị điện tử công suất thấp như các mạchcảm biến không dây
- o Anten được thiết kế là anten lưỡng cực vi dải tích hợp balun hình chữ
J, hoạt động ở dải tần số dành cho thiết bị đầu cuối công nghệ 5G, từ3.6 GHz tới 3.8 GHz Các tham số của anten bao gồm: chiều dài Lcủa mỗi cánh tay tỷ lệ với tần số cộng hưởng của anten (L = 15 mm).Chiều rộng W cảu mỗi cánh tay W = 2.6 mm Khe g giữa 2 cánh tayảnh hưởng đến trở kháng vào của phần bức xạ của anten (g = 1.4
mm) Hệ số phản xạ và đồ thị bức xạ của anten với băng thông tại
điểm ST1 < -15dB là 210 MHz; hệ số phản xạ đạt -39 dB tại tần
số trung tâm 3.75 GHz Độ tăng ích của anten tại tần số 3.75 GHz là4.57 dBi với hiệu suất bức xạ đạt 97.32% và hiệu suất tổng bằng
96.63%
- o Thiết kế mạch chỉnh lưu: Sử dụng mạch nhân đôi điện áp để tối ưu
về công suất tiêu thụ Phần tử bán dẫn sử dụng cho mạch chỉnh lưuthiết kế đề xuất là diode Schottky SMS7630 có điện áp rơi thấp, tần
số đóng cắt nhanh cùng hiệu suất chuyển đổi tốt với trường hợp côngsuất tới thấp Điện áp thu được sau khi qua mạch chỉnh lưu vẫn còntồn tại 1 số thành phần sóng hài do tính phi tuyến cảu diode nên cần
Trang 8có mạch lọc thông thấp hình dải quạt giúp loại bỏ các hài này và làm
Trang 9- phang điện áp Tải tối ưu được lựa chọn trong thiết kế này là 4.2
kOhm
- Kết quả và thảo luận: Hiệu suất chuyển đổi của mạch được tính bằng tỉ số
năng lượng thu được trên tải so với năng lượng sóng tới anten Kết quả môphỏng và đo đạc hiệu suất chuyển đổi của mạch RF-DC cho thấy mạch cóthể hoạt động ở hiệu suất trung bình đạt được trên 30% trong dải công suấtsóng tới thấp -15 dBm tới -5 dBm, tại 0 dBm thì mạch cho hiệu suất chuyểnđổi tối đa đo được 50%
- Kết luận: Bài báo đã đề xuất một mạch thu hoạch năng lượng từ sóng viễn
thông Mạch đã được chế tạo và đo kiểm với kết quả thực nghiệm cho thấymạch đạt hiệu suất chuyển đổi là 39% khi công suất tới là -10dBM và là50% khi công suất tới là 0 dBm Mạch có khả năng cung cấp năng lượng từ
9^ w cho tới 0.04 mW trong điều kiện công suất sóng tới trong dải từ -15
dBm cho tới -10 dBm Công suất thu hoạch được này đủ để cung cấp nănglượng trực tiếp cho các mạch cảm biến không dây có công suất thấp ở chế
độ ngủ
- Tài liệu tham khảo: Bài báo sử dụng 15 tài liệu tham khảo bao gồm các
bài báo và sách
- Lời cảm ơn: Không có
- Câu 2: Anh/chị hãy tìm kiếm 1 bài báo khoa học về chủ đề nghiên cứu mà anh/chị đang
quan tâm trong chuyên ngành học của mình (cùng chủ đề câu 3) Nghiên cứu bài báo vàxác định:
- Tên đề tài
- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài
- Đối tượng nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu
- Câu hỏi nghiên cứu
- Giả thuyết nghiên cứu
- Phương pháp nghiên cứu chính
Trang 10làm - Link bài báo: (PDF) A 2.45-GHz low cost and effìcient rectenna (researchgate.net)
- Tên đề tài: “A 2.45-GHz Low Cost and Efficient Rectenna”
Trang 11- Mục tiêu nghiên cứu của đề tài: Đề xuất thiết kế Rectenna chuyển đổi năng lượng
RF tại tần 2.45 GHz giá thành thấp, hiệu suất cao
- Đối tượng nghiên cứu: Anten chỉnh lưu hay còn gọi là Rectenna
- Phạm vi nghiên cứu: Nghiên cứu lý thuyết, xây dựng mô hình thử nghiệm, thiết kếmột mẫu rectenna hoàn chỉnh (gồm cả mạch và anten)
- Câu hỏi nghiên cứu:
- o Làm sao để tăng hiệu suất chuyển đổi cho rectenna ?
- o Lựa chọn các linh kiện trong mạch như nào?
- o Thiết kế rectenna như nào để giá thành thấp ?
- o Mẫu thiết kế có thể ứng dụng cho gì?
- o Mô hình để đo kết quả thu được từ rectenna đề xuất?
- Giả thuyết nghiên cứu
- o Để có thể tăng mức hiệu suất chuyển đổi cho rectenna, trong bài báo sửdụng anten thu có hiệu suất thu cao cùng với việc thiết kế và tối ưu phầnmạch chỉnh lưu bằng cách sử dụng phần mềm ADS để mô phỏng
- o Lựa chọn sử dụng diode Schottky bởi đặc tính điện trở và giá trị điện dungthấp phù hợp với sóng cao tần RF
- o Để rectenna có giá thành thấp thì mạch thiết kế dựa trên cấu trúc mạch cầusửa đồi, không cần mạch lọc để giảm kích thước mạch và diode Schottky đểgiảm chi phí
- o Mẫu thiết kế ứng dụng để sử dụng cho các thiết bị cảm biến năng lượngthấp
- o Mô hình để đo kết quả: Đo trong phòng không dội âm theo mô hình sau
- Phương pháp nghiên cứu chính:
- o Nghiên cứu lý thuyết liên quan
- o Thiết kế, mô phỏng mạch dựa trên phần mềm máy tính
o Thiết kế mạch thực tế
Trang 12- o Xây dựng mô hình để đo kết quả mẫu thiết kế
o Nhận xét kết quả đo được cùng với kết quả mô phỏng
Trang 131 1
- Câu 3: Anh/chị hãy xây dựng đề xuất nghiên cứu về 1 vấn đề nghiên cứu trong chuyên
ngành học của anh/chị mà anh/chị quan tâm (theo mẫu)
- -Bài
CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM
Độc lập - Tự do - Hạnh phúc
1 Tên đề tài
- Tên đề tài “Thiết kế mạch thu năng lượng băng tần 2.4GHz cho hệ thống cảm biến
năng lượng thấp”
2 Mục tiêu nghiên cứu:
- Mục tiêu của đề tài là thiết kế một mạch thu năng lượng hoàn chỉnh bao gồm cả
anten và mạch chỉnh lưu có giá thành thấp với mức thu dự kiến 35mVỊụW từ
băng tần 2.4 GHz trong môi trường Hệ thống đáp ứng được yêu cầu tự chủ nănglượng cho một phần không nhỏ các cảm biến không dây trong hệ thống IIoT, thaythế phần nào cho việc sử dụng pin trong các thiết bị cảm biến truyền thông
3 Đối tượng nghiên cứu
- Rectenna bao gồm anten và mạch chuyển đổi năng lượng
4 Phạm vi nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết anten vi dải và mạch thu năng lượng cho sóng cao tần RF
- Mô hình thiết kế rectenna hoàn chỉnh
- Mô hình đo đạc kết quả
5 Ý nghĩa thực tiễn của đề tài
- IoT/IIoT đang là xu hướng phát triueern tất yếu của con người hướng tới kỷ
nguyên Công nghiệp 4.0 Trong kỷ nguyên đó, số lượng các thiết bị cảm biến yêucầu mức năng lượng thấp có thể lên đến hàng tỷ, thậm chí hàng chục tỷ Điều nàyđặt ra yêu cầu cấp thiết về năng lượng tiêu thụ cho hệ thống thiết bị khổng lồ này.Nguồn năng lượng truyền thống như pin tuy đã có tuổi thọ cao, giá thành thấpnhưng đây vẫn được coi là nguồn năng lượng “bẩn”, gây ô nhiễm môi trường lớn
và cần sự thay thế pin khi năng lượng hết Nguồn năng lượng “xanh” như nănglượng mặt trời có chi phí đầu tư khá lớn, hơn nữa năng lượng cung cấp này chỉhiệu quả tốt trong điều kiện có ánh sáng Giải pháp thu năng lượng RF là một
hướng đi mới, cung cấp nguồn năng lượng sạch từ môi trường xung quanh vớiphần năng lượng sóng RF luôn sẵn có trong không gian như 2G/3G/4G/5G, WIFI,sóng vô tuyến/phát thanh
- Sản phẩm thiết kế giúp chuyển đổi năng lượng RF băng tần 2.4 GHz từ môi trườngxung quanh thành dòng điện DC ứng dụng được cho các thiết bị cảm biến không
Trang 141 2
dây năng lượng thấp
6 Tổng hợp các công trình nghiên cứu liên quan
Trang 15Phương pháp luận nghiên cứu khoa học Cao Xuân Sơn-B17DCVT304
1 3
[1] S Chalasani and J M Conrad, “A survey of energy harvesting sources for
embedded systems,” in Proceedings of the IEEE Southeastcon, pp 442-447,IEEE, Huntsville, Ala, USA, April 2008
[2] S Sudevalayam and P Kulkarni, “Energy harvesting sensor nodes: survey andimplications,” IEEE Communications Surveys & Tutorials, vol 13, no 3, pp.443-461, 2011
[3] L Mateu, C Codrea, N Lucas, M Pollak, and P Spies, “Energy harvesting forwireless communication systems using thermogenerators,” in Proceedings of the21st Conference on Design of Circuits and Integrated Systems (DCIS ’06),
Barcelona, Spain, November 2006
[4] N Shinohara, “Rectennas for microwave power transmission,” IEICE ElectronicsExpress, vol 10, no 21, pp 1-13, 2013
[5] N Panda and S M Deshmukh, “Novel Technique for Wireless Power
Transmission using ISM Band RF Energy Harvesting for Charging Application,”International journal of Engineering Trends and Technology (IJETT), vol 39, no
- 2, pp 63-69, 2016
[6] A Contreras, B Rodríguez, L Steinfeld, J Schandy, and M Siniscalchi, “Design
of a Rectenna for Energy Harvesting on Wi-Fi at 2.45 GHz,” in 2nd ArgentineConference on Electronics (CAE), Buenos Aires, Argentina, 2020
[7] Vũ Hồng Tiến, Lê Minh Thùy, “Thiết kế mạch thu năng lượng từ sóng viễn thôngcho các cảm biến không dây tự chủ năng lượng”, Hội nghị Quốc gia lần thứ 23 vềĐiện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2020), pp.19-22,2020
[8] C R Valenta and G D Durgin, “Harvesting Wireless Power,” IEEE MicrowaveMagazine, vol 15, no 4, pp 108-120, 2014
[9] H.C.Sun, and W Geyi, "A new rectenna with all-polarizationreceiving capabilityfor wireless power transmission,"IEEE Antennas Wireless Propag Lett., vol.15,
pp 814-817, 2016
[10] C.Y Song, Y Huang, P Carter, J.F Zhou, S Yuan, Q Xu, and M.Kod, "A novelsix-band dual CP rectenna using improved impedance matching technique forambient RF energy harvesting,"IEEE Trans Antennas Propag., vol.64, no.7, pp.3160-3171, Jul 2016
[11] T Ohira, "Power efficiency and optimum load formulas on RF rectiíiers featuringflow-angle equations,"IEICEElectron Express, vol.10, no.11, pp 1-9, Jun 2013.[12] N Sinohara, "Rectennas for microwave power transmission,"IEICEElectron.Express, vol.10, no.21, pp 1-3, Nov 2013
[13] M.J.Nie, X.X.Yang, G.N Tan, and B Han, "A compact 2.45-GHz broadbandrectenna using ground coplanar waveguide,"IEEE Antennas Wireless Propag.Lett., vol.14, pp 986-989, 2015
7 Câu hỏi nghiên cứu
- Rectenna là gì?
- Thách thức lớn nhất của các mạch thu năng lượng hiện nay?
- Công thức tính hiệu suất chuyển đổi năng lượng của mạch thu năng lượng?
- Mô hình đo test kết quả mẫu thiết kế?
8 Giả thuyết nghiên cứu
