Nghiên cứu thiết kế mẫu anten có độ lợi cao dùng trong truyền thông điểm – điểm

nghiên cứu thiết kế mẫu anten có độ lợi cao dùng trong truyền thông điểm – điểmTĂNG THẾ TOAN

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TĂNG THẾ TOAN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẪU ANTEN CÓ ĐỘ LỢI CAO DÙNG TRONG TRUYỀN THÔNG ĐIỂM – ĐIỂM

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2011

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

TĂNG THẾ TOAN

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẪU ANTEN CÓ ĐỘ LỢI CAO DÙNG TRONG TRUYỀN THÔNG ĐIỂM – ĐIỂM

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

Mã số: 60 52 70

LUẬN VĂN THẠC SĨ

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS Trương Vũ Bằng Giang

Hà Nội - 2011

5

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN 3

LỜI CAM ĐOAN 4

MỤC LỤC 5

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT 7

DANH MỤC HÌNH VẼ 8

DANH MỤC BẢNG BIỂU 10

MỞ ĐẦU 11

CHƯƠNG 1 12

KHÁI QUÁT VỀ CÁC HỆ THỐNG ANTEN ĐỘ LỢI CAO 12

1.1 Các hệ anten độ lợi cao trong thông tin điểm-điểm 12

1.1.1 Khái niệm chung 12

1.1.2 Các đặc tính quan trọng của anten độ lợi cao 13

1.1.3 Anten Yagi (Yagi antenna) 14

1.3.4 Anten Loa (Horn Antenna) 16

1.1.5 Anten thấu kính (Lens Antenna) 17

1.1.6 Anten parabol (Parabol Antenna) 18

1.1.7 Anten mảng (Aray Antenna) 19

1.1.8 Tổng quan các hệ anten độ lợi cao 19

1.2 Hệ anten mới có độ lợi cao: Anten có cấu trúc đặc biệt EBG (Electromagnetic Band Gap) 21

1.2.1 Giới thiệu anten có cấu trúc đặc biệt EBG 21

1.2.2 Ưu điểm và nhược điểm của anten EBG 21

1.3 Kết luận chương 1 22

Chương 2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÍ HOẠT ĐỘNG CỦA ANTEN CÓ CẤU TRÚC ĐẶC BIỆT EBG 23

2.1 Vật liệu có cấu trúc đặc biệt EBG 23

2.1.1 Giới thiệu về vật liệu EBG 23

2.1.2 Định lí Bloch và đồ thị tán sắc 24

2.1.3 Các phương pháp mô hình hóa cấu trúc EBG 26

2.1.4 Ứng dụng của EBG trong thiết kế Anten 27

2.2 Cấu tạo của anten EBG 30

2.3 Nguyên lý hoạt động của anten EBG 31

2.3.1 Mô hình anten EBG 31

2.3.2 Nguyên lý hoạt động của Anten EBG 35

2.4 Kết luận chương 2 41

Chương 3 42

6

THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG ANTEN EBG DÙNG TRONG TRUYỀN THÔNG

ĐIỂM-ĐIỂM 42

3.1 Yêu cầu thiết kế 44

3.1.1 Thông số đầu vào 44

3.1.2 Lựa chọn mô hình thiết kế 44

3.2 Quy trình thiết kế 45

3.2.1 Thiết kế bề mặt bán phản xạ: 45

3.2.2 Các thông số thiết kế về kích thước của hộp cộng hưởng 46

3.3 Mô phỏng dựa trên phần mềm 4NEC2 47

3.3.1 Giới thiệu phần mềm 4NEC2 47

3.3.2 Thiết kế anten trên 4NEC2 49

3.3.3 Đặc tính phối hợp trở kháng 52

3.3.4 Các đặc tính kỹ thuật khác của Anten 53

3.4 Kết luận chương 3 55

KẾT LUẬN CHUNG 57

1 Đóng góp của đề tài 57

2 Hướng phát triển của đề tài trong tương lai 58

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

NGHIÊN CỨU THIẾT KẾ MẪU ANTEN CÓ ĐỘ LỢI CAO DÙNG TRONG TRUYỀN THÔNG ĐIỂM-ĐIỂM

Học viên: Tăng Thế Toan

Chuyên ngành: Kỹ thuật Điện tử

Ngành: Công nghệ Điện tử - Viễn thông

Khoa: Điện tử - Viễn thông

Email: tgt.hcet@gmail.com

Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS Trương Vũ Bằng Giang

Cơ quan công tác: Khoa Điện tử - Viễn thông Trường Đại học Công nghệ - ĐHQGHN Email: giangtvb@vnu.edu.vn

Anten là một phần tử không thể thiếu

được trong mọi hệ thống thông tin liên lạc vô

tuyến Anten có độ lợi cao là loại anten có

khả năng phát sóng tập trung vào một hướng

nhất định và duy nhất, nó cho phép hệ thống

truyền thông ít bị ảnh hưởng bởi nhiễu đến từ

các hướng khác, cho phép tăng cự li thông tin,

làm giảm giá thành chung của hệ thống viễn

thông

Trong luận văn này, tôi tập trung vào

một loại anten có độ lợi cao sử dụng trong

truyền thông điểm-điểm: anten EBG

(Electromagnetic Band Gap-Dải chắn điện

từ) Đó là một loại anten mới trên thế giới và

nó vẫn còn đang được phát triển và nghiên

cứu

I Khái quát về các hệ thống anten có độ lợi

cao

Trình bày khái quát các hệ anten có độ

lợi cao ứng dụng trong truyền thông

điểm-điểm và giới thiệu khái quát mẫu anten có độ

lợi cao thế hệ mới: anten EBG

II Cấu tạo và nguyên lí hoạt động của

anten có cấu trúc đặc biệt EBG

Trên cơ sở lí thuyết về cấu trúc vật liệu

đặc biệt EBG và nguyên lí hộp cộng hưởng

Fabry Perot, đề tài trình bày cấu tạo của mẫu

anten EBG và tính toán lí thuyết các thông số

hoạt động mẫu anten này

III Thiết kế, mô phỏng anten EBG dùng

trong truyền thông điểm-điểm

Áp dụng những kiến thức khái quát và

cơ sở lí thuyết đã trình bày trên đề tài đã xây dựng được qui trình thiết kế anten độ lợi cao: anten EBG dựa trên tiêu chí kĩ thuật đầu vào

là độ lợi (gain) và tần số (frequency) Cuối cùng, mẫu thiết kế một anten EBG hoạt động với độ lợi 21 dB ở tần số làm việc khoảng 2.35GHz được trình bày và xác nhận bằng cách mô phỏng trên phần mềm ứng dụng 4NEC2

IV Kết luận chung

Kết quả mô phỏng bằng máy tính cho thấy mẫu anten này đã cải thiện được đáng kể những đặc tính kỹ thuật của một anten cao tần

về đồ thị bức xạ, độ lợi so với trường hợp anten không sử dụng cấu trúc EBG Đồng thời mẫu anten mới cũng thể hiện được những

ưu điểm về hình dạng, kích thước hình học so với các anten có độ lợi cao hiện đang sử dụng

Đề tài có thể được triển khai ứng dụng trong các hệ thống truyền thông điểm-điểm, hay các ứng dụng cho anten trạm phát sóng BTS 3G, 4G, ứng dụng trong thông tin vệ tinh

TÀI LIỆU THAM KHẢO

A Tiếng Việt

[1] Bộ môn Thông tin vô tuyến Khoa Điện

tử Viễn thông, Trường Đại học Công

nghệ, Đại học Quốc Gia Hà Nội

(2008), Thực hành Kỹ thuật anten

[2] GS TSKH Phan Anh (2007), Lí thuyết

và kỹ thuật anten, Nhà xuất bản Khoa

học và Kỹ thuật, Hà Nội

[3] Trần Thế Phương (2009), Thiết kế

anten dùng trong công nghệ truyền

thông vô tuyến băng siêu rộng (UWB)

sử dụng vật liệu có cấu trúc đặc biệt,

Luận văn thạc sỹ, Đại học Bách Khoa

Hà Nội

B Tiếng Anh, Pháp

[4] Shuch, H.P., A brief history, in The

ARRL UHF/Microwave Experimenter's

Manual, A.R.R League, Editor 1990,

Newington CT: Newington

[5] Trentini, G.V., “Partially reflecting

sheet arrays“ IRE Trans On

Antennas and Propagation, 1956

[6] Thevenot, M., "Directive

Photonic-Bandgap Antennas" IEEE Trans

Antennas Propag, 1999

[7] Cyril Cheype, C.S., Marc Thèvenot,

Thierry Monédière, Alain Reineix, et

Bernard Jecko, An Electromagnetic

Band Gap Resonator Antenna " IEEE

Trans on Antennas.and Propagation,

2002

[8] L Bernard, et al., "Novel superstrate

gainenhanced antenna with lateral

metallic walls" Microw Opt Tech

Lett, 2004

[9] M Diblanc, et al., "Circularly

Polarized Metallic EBG Antenna "

IEEE Microwave and Wireless Components Letters, 2005

[10] A R Weily, et al., "A Planar

Resonator Antenna Based ona Woodpile EBG Material" IEEE Trans

on Antennas.and Propagation, 2005 [11] M Thevenot, C Cheype, A Reineix,

B Jecko, "Directive photonic-bandgap

antennas", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,

Volume: 47 Issue: 11, Novembre

1999

[12] Yeh, P., Optical Waves in Layered

Media, ed J.W Son 1988

[13] Brillouin, L., "Wave guides for slow

waves" Journal of Appl Phys., 1948

[14] Electromagnetic Band Gap (EBG) For

Microstrip Antenna, Ainor Khaliah binti Mohd Isa, Universiti Teknologi Malaysia, MAY 2007

[15] Fan Yang, Yahya Rahmat-Samii

(2008), Electromagnetic Band Gap

Structures in Antenna Engieering,

Cambrigde University Press, UK

[16] R Gonzalo et al., “Enhanced patch

antenna performance by suppressing surface waves using photonic bandgap substrates,” IEEE Trans Microw

Theory Tech., 1999

[17] R Gonzalo et al., "Radiation

properties ot terahertz dipole antenna mounted on photonic crystal "

Electron Lett, 2001

[18] G Poilasne, P.P., K Mahdjoubi, L

Desclos et C Terret, “Antenna beam

forming using active metallic photonic

band-gap materials ” IEEE APS99,

1999

[19] A R Weily, et al., "A Planar

Resonator Antenna Based ona

Woodpile EBG Material" IEEE Trans

on Antennas.and Propagation, 2005

[20] Sauleau, R., " Etude de résonateurs de

Pérot-Fabry et d'antennes imprimées

en ondes millimétriques Conception

d'antennes à faisceau gaussien " 1999,

Thèse de l'Université de Rennes 1:

Rennes

[21] NEC based antenna modeler and optimizer by Arie Voors

[22] Simulation of Wire antennas using

4NEC2, Author: Gunthard Kraus, Oberstudienrat, Elektronikschule Tettnang, Germany August 15th, 2010 [23] Antenna Engineering, Peter Knott

http://www.ihf.rwth-aachen.de/fileadmin/lehre/AntennaEng

RESEACH DESIGN HIGH-GAIN ANTENNAS IMPLEMENTING IN POINT-POINT COMMUNICATION

Student name: Tang The Toan

minor, major, Department: Electronics Engineering,

Electronic Technology, Electronics and

Telecommunication email: tgt.hcet@gmail.com

Professor name: A.Prof Dr Truong Vu Bang Giang Affiliation: University of Engineering and Technology

Email: giangtvb@vnu.edu.vn

The antenna is an essential element in all

radio communication systems High-gain

antenna is an antenna which is capable of

broadcasting on a certain and unique direction,

it allows communication system to be less

susceptible to interference from other

directions, to increase information distance,

reducing the overall cost of telecommunications

systems

In this thesis, I focus on a high-gain

antenna used in point-point communication:

EBG antenna (Electromagnetic Band Gap) This

kind of antenna is new in the world and it is still

in the stage of development and research

I Overview about high – gain antenna

applied in point-point

The thesis, gives an overview about high

– gain antenna applied in point-point

communication and introduces briefly the new

generation high-gain antenna: EBG antenna

II Structure and principle of the antenna

with EBG special structure

On the basis of the theory on the

structure of EBG special material and the

principle of Fabry Perot resonator, the thesis

presents the structure of the EBG antenna

sample and calculates theoretically operating

parameters of this antenna

III Design, simulation EBG antennas

implementing in point-point communication

Applying the general knowledge and the theoretical basis presented above, the thesis has established the design procedures of the high-gain antenna: EBG antenna based on the technical input criteria: gain and frequency Finally, the design sample of an EBG antenna operates with 21 dB gain at the working frequency around 2.35GHz is presented and verified by simulating on applied software 4NEC2

IV General conclusions

The results from computer simulations show that this kind of antenna has improved considerably the technical characteristics of a high frequency antenna in terms of radiation pattern and gain in comparison with the antenna without EBG structures The new antenna also demonstrates the advantages of shape, geometric dimension compared with the high-gain antenna which is in use now

The thesis can be applied in the point - point communication system, or the application for broastcasting antenna stations BTS 3G, 4G, the applications of satellite communication

REFERENCES

A Vietnamese

[1] Department of Information Science Radio

Electronics and Telecommunications,

University of Technology, Hanoi National

University (2008), Antenna Engineering

Practice

[2] GS Prof Phan Anh (2007), antenna theory

and techniques, Publishing House of

Science and Technology, Hanoi

[3] Tran Phuong (2009), Designing antennas

used in wireless communications

technology ultra-wide band (UWB) use

structural materials in particular, Master

Thesis, Hanoi University of Technology

B English, French

[4] Shuch, H.P., A brief history, in The

ARRL UHF/Microwave Experimenter's

Manual, A.R.R League, Editor 1990,

Newington CT: Newington

[5] Trentini, G.V., “Partially reflecting

sheet arrays“ IRE Trans On Antennas

and Propagation, 1956

[6] Thevenot, M., "Directive

Photonic-Bandgap Antennas" IEEE Trans

Antennas Propag, 1999

[7] Cyril Cheype, C.S., Marc Thèvenot,

Thierry Monédière, Alain Reineix, et

Bernard Jecko, An Electromagnetic Band

Gap Resonator Antenna " IEEE Trans

on Antennas.and Propagation, 2002

[8] L Bernard, et al., "Novel superstrate

gainenhanced antenna with lateral

metallic walls" Microw Opt Tech Lett,

2004

[9] M Diblanc, et al., "Circularly Polarized

Metallic EBG Antenna " IEEE

Microwave and Wireless Components Letters, 2005

[10] A R Weily, et al., "A Planar Resonator

Antenna Based ona Woodpile EBG Material" IEEE Trans on Antennas.and

Propagation, 2005

[11] M Thevenot, C Cheype, A Reineix, B

Jecko, "Directive photonic-bandgap

antennas", IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques,

Volume: 47 Issue: 11, Novembre 1999

[12] Yeh, P., Optical Waves in Layered

Media, ed J.W Son 1988

[13] Brillouin, L., "Wave guides for slow

waves" Journal of Appl Phys., 1948

[14] Electromagnetic Band Gap (EBG) For

Microstrip Antenna, Ainor Khaliah binti Mohd Isa, Universiti Teknologi

Malaysia, MAY 2007

[15] Fan Yang, Yahya Rahmat-Samii (2008),

Electromagnetic Band Gap Structures in Antenna Engieering, Cambrigde

University Press, UK

[16] R Gonzalo et al., “Enhanced patch

antenna performance by suppressing surface waves using photonic bandgap substrates,” IEEE Trans Microw

Theory Tech., 1999

[17] R Gonzalo et al., "Radiation properties

ot terahertz dipole antenna mounted on photonic crystal " Electron Lett, 2001

[18] G Poilasne, P.P., K Mahdjoubi, L

Desclos et C Terret, “Antenna beam

forming using active metallic photonic band-gap materials ” IEEE APS99,

1999

[19] A R Weily, et al., "A Planar Resonator

Antenna Based ona Woodpile EBG

Material" IEEE Trans on Antennas.and

Propagation, 2005

[20] Sauleau, R., " Etude de résonateurs de

Pérot-Fabry et d'antennes imprimées en ondes millimétriques Conception

d'antennes à faisceau gaussien " 1999,

Thèse de l'Université de Rennes 1: Rennes

[21] NEC based antenna modeler and

optimizer by Arie Voors

[22] Simulation of Wire antennas using

4NEC2, Author: Gunthard Kraus,

Oberstudienrat, Elektronikschule

Tettnang, Germany August 15th, 2010 [23] Antenna Engineering, Peter Knott

http://www.ihf.rwth-aachen.de/fileadmin/lehre/AntennaEngin eering)./

PDF Merger

Thank you for evaluating AnyBizSoft PDF Merger! To remove this page, please

register your program!

Go to Purchase Now>>

 Merge multiple PDF files into one

 Select page range of PDF to merge

 Select specific page(s) to merge

 Extract page(s) from different PDF files and merge into one

AnyBizSoft