Thiết kế anten mimo tự cấu hình theo tần số

1.1.3 Phân loại anten tự cấu hình Mặc dù anten tự cấu hình có nhiều hình dạng khác nhau, nhưng có thể nhóm làm 4 loại dựa theo chức năng có thể cấu hình lại của chúng:  Anten tự cấu hì

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

THIẾT KẾ ANTEN MIMO TỰ CẤU HÌNH

THEO TẦN SỐ

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

-

Họ và tên tác giả luận văn TRẦN TRÍ DŨNG

TÊN ĐỀ TÀI LUẬN VĂN

THIẾT KẾ ANTEN MIMO TỰ CẤU HÌNH THEO TẦN

SỐ

Chuyên ngành : Kỹ thuật viễn thông

LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT

KỸ THUẬT VIỄN THÔNG

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS PHAN XUÂN VŨ

Hà Nội - 2017

MỞ ĐẦU

Anten là thành phần thiết yếu trong hệ thống thông tin liên lạc và radar có chức năng thu nhận hoặc bức xạ sóng điện từ Anten đã được nghiên cứu từ lâu, khi được chế tạo lần đầu tiên bởi Hertz năm 1887 Anten những thời đầu phát triển được thiết kế để có thể tăng băng thông hoạt động, giảm nhỏ kích thước, tăng tính định hướng Một xu hướng thiết kế gần đây là nghiên cứu anten tái cấu hình, có khả năng thay đổi đặc tính của nó Các anten này có ưu điểm hơn so với anten thường về mặt kích thước và hiệu quả hoạt động nên có tiềm năng to lớn cho các ứng dụng vô tuyến

Bên cạnh đó, với sự thay đổi của công nghệ ngay này ngày càng đòi hỏi những thiết bị có khả năng linh hoạt cũng như kích thước ngày càng được thu nhỏ

Và thuật ngữ đã được đặt ra vào năm 1999 do Rodger M Walser của Trường Đại học Texas tại Austin Ông đã xác định metamaterial như vật liệu kết hợp nhân tạo,

1, 2 hoặc ba chiều, cấu trúc chu kì được thiết kế để tạo ra những đặc tính vật lý không có sẵn trong tự nhiên

Với mục đích tìm hiểu về công nghệ anten tái cấu hình, cập nhật xu hướng phát triển của thế giới và chế tạo một số mẫu anten tái cấu hình cho các ứng dụng

vô tuyến cũng như thiết kế những anten có kích thước thu gọn hơn so với trước đây tôi đã tập trung thực hiện đề tài: “Thiết kế anten MIMO tự cấu hình theo tần số”

Mặc dù đã cố gắng thực hiện đề tài tốt nhất, song không tránh khỏi những hạn chế và thiếu sót, tôi rất mong được sự ủng hộ, góp ý của các thầy cô giáo và bạn

bè để tôi có thể hoàn thiện kiến thức và các kỹ năng hơn nữa

Trong thời gian thực hiện luận văn, tôi đã nhận được sự giúp đỡ tần tình của nhiều cá nhân, đoàn thể Qua đây tôi xin được bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo TS Phan Xuân Vũ, người đã trực tiếp hướng dẫn, dìu dắt, chỉ bảo cho tôi những ý kiến quý báu để thực hiện luận văn Xin bày tỏ lời cảm ơn tới PGS.TS Vũ

Văn Yêm cùng toàn thể thầy cô đã giúp đỡ tôi hoàn thành và thực hiện luận văn cũng như đưa ra nhiều góp ý quý báu Cuối cùng xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến cha

mẹ, anh em, bạn bè và người thân của tôi, những người đã ủng hộ, động viên, và tạo điều kiện cho tôi thực hiện tốt nhất luận văn này

Lời cam đoan, tôi – Trần Trí Dũng – cam kết Luận văn Tốt Nghiệp này là công trình nghiên cứu của bản thân tôi dưới sự hướng dẫn của TS Phan Xuân Vũ, giảng viên bộ môn Hệ Thống Viễn Thông, viện Điện Tử Viễn Thông trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội

Các kết quả nêu trong Luận Văn Tốt Nghiệp là trung thực, không phải là sao chép toàn văn của bất kỳ công trình nào khác

Hà Nội, ngày 31 tháng 03 năm 2017

Trần Trí Dũng

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT ANH 5

DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT 6

DANH MỤC BẢNG BIỂU 7

DANH MỤC HÌNH VẼ 8

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ANTEN TỰ CẤU HÌNH 11

1.1 Giới thiệu chung 11

1.1.1 Khái niệm 11

1.1.2 Ứng dụng của anten tự cấu hình 11

1.1.3 Phân loại anten tự cấu hình 12

1.1.4 Các nguyên lý thiết kế cơ bản 12

1.2 Một số mẫu anten tự cấu hình 13

1.2.1 Anten tự cấu hình sử dụng các bộ chuyển mạch (nhóm 1) 13

1.2.1 Anten tự cấu hình sử dụng tụ điện hoặc biến dung (nhóm 2) 18

1.2.3 Anten tự cấu hình sử dụng sự thay đổi góc vật lý (nhóm 3) 19

1.2.4 Anten sử dụng mạng tiếp điện có khả năng cấu hình lại (nhóm 4) 20 1.3 Những thiết kế mới 21

1.3.1 Anten tự cấu hình dựa trên tiếp điện quay 21

1.3.1.1 Cấu trúc và thuộc tính của anten 21

1.3.1.2 Thiết kế anten tự cấu hình 21

1.3.1.3 Điều khiển tiến trình quay 24

1.3.1 Anten tự cấu hình dạng hình sao 24

1.3.2.1 Cấu trúc anten 24

1.3.2.2 Sự cấu hình lại của anten 25

1.4 Kết luận 27

CHƯƠNG II CÁC KỸ THUẬT TÁI CẤU HÌNH ANTEN 28

2.1 Tổng quan các kỹ thuật tái cấu hình 28

2.2 Các kỹ thuật tái cấu hình anten theo đáp ứng tần số 30

2.2.1 Lý thuyết hoạt động cơ bản 30

2.2.2 Một số kỹ thuật, cơ chế tái cấu hình 31

2.3 Kết luận 41

CHƯƠNG 3 LÝ THUYẾT SIÊU VẬT LIỆU 42

3.1 Khái niệm 42

3.2 Đặc điểm của siêu vật liệu 43

3.3 Một số lý thuyết cơ bản của siêu vật liệu 44

3.3.1 Phương trình Maxwell với siêu vật liệu 45

3.3.2 Điều kiện Entropy trong môi trường phân tán 51

3.3.3 Điều kiện biên 56

3.3.4 Đảo ngược hiệu ứng Doppler 58

3.3.5 Đảo ngược định luật Snell - chỉ số khúc xạ âm 59

3.4 Kết luận 63

CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ-MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ MÔ PHỎNG 64

4.1 Tìm hiều và mô phỏng phần tử CSRR 64

4.2 Sử dụng CSRR trong thiết kế anten 66

4.2.1 Filter sử dụng phần tử CSRR 67

4.2.2 Anten sử dụng phần tử CSRR 69

4.3 Phát triển anten tái cấu hình theo tần số sử dụng metamaterials 74

4.4 Kết luận 78

KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 79

TÀI LIỆU THAM KHẢO 81

BẢNG ĐỐI CHIẾU THUẬT NGỮ VIỆT ANH

1 Anten tái cấu hình Reconfigurable antenna

2 Đồ thị bức xạ Radiation pattern

3 Bộ chuyển mạch vô tuyến Radio Frequency switch (RF Switch)

4 Độ tăng ích Gain

5 Độ định hướng Directivity

6 Vô tuyến nhận thức Cognitive radio

7 Siêu vật liệu Metamaterials

8 Vật liệu theo quy tắc bàn tay trái Left - Handed Materials

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2 1 So sánh các chuyển mạch sử dụng trong tái cấu hình anten 30

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1 1 Anten tự cấu hình gồm các ô bức xạ được kết nối bởi các bộ chuyển mạch

RF MEMS cấu hình mở [1] 14

Hình 1 2 Cấu hình của anten hoạt động ở 2 tần số khác nhau [1] 14

Hình 1 3 Anten Yagi tự cấu hình.[2] 15

Hình 1 4 Anten nhiều phần với các bộ chuyển mạch được sử dụng để thay đổi chiều dài đoạn xoắn ốc.[2] 16

Hình 1 5 Anten hai băng tần cho hệ thống vô tuyến nhận thức 17

Hình 1 6 Anten hai băng tần sử dụng RF MEMS [2] 17

Hình 1 7 Anten khe hình vành khăn sử dụng PIN diode [4] 17

Hình 1 8 Anten PIFA sử dụng diode biến dung [3] 19

Hình 1 9 Anten có thể được uốn cong nhờ từ trường ngoài [2] 19

Hình 1 10 Anten với vị trí tiếp điện có thể thay đổi [2] 20

Hình 1 11 Anten với mạch tiếp điện cấu hình lại được [2] 20

Hình 1 12 Cấu trúc anten với các khe [2] 21

Hình 1 13 Hệ số VSWR cho 3 vị trí khác nhau của khe [2] 22

Hình 1 14 Mặt trước và sau của mẫu anten [2] 23

Hình 1 15 Vị trí của các khe trên khối trụ [2] 23

Hình 1 16 So sánh giữa kết quả mô phỏng và kết quả đo đạc của tổn hao ngược [2] 24

Hình 1 17 Cấu trúc anten dạng hình sao [2] 24

Hình 1 18 Vị trí các bộ chuyển mạch [2] 25

Hình 1 19 Mặt phẳng E và H với tất các bộ chuyển mạch hở ở 2.8GHz [2] 26

Hình 1 20 Mặt phẳng E và H với tất các bộ chuyển mạch đóng ở 2.8GHz [2] 26

Hình 1 21 So sánh suy hao ngược với các cấu hình khác nhau của anten [2] 26

Hình 2 1 Anten dipol chuyển mạch quang cung cấp tái cấu hình tần sô (Theo Panagamuwa [9], IEEE 2006) 32

Hình 2 2 Sơ đồ anten tái cấu hình có khe hình chữ S, bao gồm dòng cấp vi dải

Đơn vị tất cả đều theo milimet, độ dày điện môi là 2.54mm (theo Peroulis [20],

IEEE 2005) 34 Hình 2 3 (a) Bố cục mạng phân cực chuyển mạch pin-diode cho khe anten tái cấu

hình tần số (b) Mạch RF tương đương cho mạng phân cực (theo Peroulis [20],

IEEE 2005) 34 Hình 2 4 Anten tái cấu hình hỗn hợp lưỡng cực khe gấp: anten có cấu trúc hình

học sử dụng cả 3 chuyển mạch(trái) hay hỗn hợp sử dụng 2 trong 3 chuyển

mạch(phải) (Huff và Bernhard [21], IEEE 2005) 36 Hình 2 5 Anten vi dải tái cấu hình tần số với tụ RF-MEMS và ống dẫn sóng đồng

phẳng 37 Hình 2 6 Hình ảnh anten tái cấu hình về mặt cơ học với yếu tố kí sinh chuyển động, cung cấp tần số, băng tần và tăng ích thay đổi (theo Bernhard ở [33], IEEE 2001) 38 Hình 2 7 Hình ảnh anten vi dải tái cấu hình từ tính (Langer ở [34], IEEE 2003) 39 Hình 3 1 Sơ đồ vector Poynting của sóng điện từ( bên trái: vật liệu thông thường

(RHM), bên phải: siêu vật liệu (LHM))[6] 42 Hình 3 2 Phân loại vật liệu [7] 43 Hình 3 3 Bộ 3 vector trường điện, trường từ và vector sóng ( và vector

Poynting biểu thị cho sóng điện từ theo công thức (2.1) và (2.19), (a) Môi trường

RH (b) Môi trường LH 48 Hình 3 4 Thể tích V được bao bởi mặt S bao gồm các trường và các nguồn

50 Hình 3 5 Điều kiện biên ở bề mặt của 2 môi trường 57 Hình 3 6 Hiệu ứng Doppler (a) Môi trường RH (b) Môi trường LH

58 Hình 3 7 Các góc là các góc tới, góc phản xạ và góc truyền tương ứng 61 Hình 3 8 Phân tán của sóng điện từ ở bề mặt giữa 2 môi trường (a) Trường hợp 2

môi trường cùng dấu: khúc xạ dương (b) Trường hợp 2 môi trường trái dấu: khúc

xạ âm 62

Hình 4 1 (a) Cấu trúc topo với cấu trúc chiều rộng dải g, chiều rộng khe c, chia

trong vòng d (b) Mô hình mô phỏng phần tử đơn vị CSRR chiều dài a 65

Hình 4 2 Mô phỏng phần tử CSRR 65

Hình 4 3 Các đường đặc tính S được thiết lập theo tần số cộng hưởng của CSRR 66 Hình 4 4 Filter lọc băng vi dải với ground được khắc các phần tử CSRR 67

Hình 4 5 Mặt trên filter trên HFSS 67

Hình 4 6 Mặt ground trên HFSS 68

Hình 4 7 Kết quả mô phỏng thông số S11 và S21 với phần mềm HFSS 68

Hình 4 8 Mô phỏng mặt patch trên HFSS 69

Hình 4 9 Mô phỏng mặt ground trên HFSS 69

Hình 4 10 Kết quả mô phỏng thông số S11 và S21 với phần mềm HFSS 70

Hình 4 11 Gain tại tần số 2.4GHz 71

Hình 4 12 Gain tại tần số 3.35GHz 71

Hình 4 13 Gain tại tần số 4.7GHz 72

Hình 4 14 Giản đồ bức xạ trường xa trong mặt phẳng XOZ 72

Hình 4 15 Giản đồ bức xạ trường xa trong mặt phẳng XOY 73

Hình 4 16 Giản đồ bức xạ trường xa trong mặt phẳng YOZ 73

Hình 4 17 Mô phỏng tổng quan trên HFSS 75

Hình 4 18 Hệ số phản xạ S11 của anten 75

Hình 4 19 Gain tại tần số cộng hưởng 1.3GHz 76

Hình 4 20 Gain tại tần số cộng hưởng 3.35GHz 76

Hình 4 21 Gain tại tần số cộng hưởng 4.65GHz 77

CHƯƠNG I GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ANTEN TỰ CẤU HÌNH

1.1 Giới thiệu chung

1.1.1 Khái niệm

Anten tự cấu hình là cách gọi chung cho các anten có khả năng thay đổi các thuộc tính bức xạ, như đặc tính tần số, mẫu bức xạ, băng thông trở kháng hoặc sự phân cực Anten tự cấu hình lần đầu được giới thiệu vào năm 1998, nó là sự mở rộng các khả năng của các anten thông thường bằng cách thay đổi cấu hình của chúng dựa theo yêu cầu Sự cấu hình lại của những anten như vậy đạt được nhờ sự phân bố lại có chủ ý của các dòng điện bề mặt, hoặc một cách tương đương, là phân

bố lại trường điện từ trên bề mặt của anten Những phân bố lại này dẫn đến các thay đổi về trở kháng hoặc các thuộc tính bức xạ của anten

Sự tự cấu hình của anten có thể đạt được bằng nhiều kĩ thuật Một vài nhà thiết kế phải sử dụng các phần tử mạch, trong khi những người khác dựa vào sự thay đổi cơ học của cấu trúc như là xoay hoặc uốn cong một hoặc nhiều phần của

nó Tất cả các phương pháp như vậy đã đóng góp đáng kể đến sự phát triển của anten tự cấu hình Hiện tại, các nhà thiết kế anten đã sử dụng các bộ chuyển mạch

và các biến dung được điều khiển bằng điện để đạt được sự tự cấu hình Các bộ chuyển mạch PIN diode và RF MEMS là một trong những thiết bị được sử dụng nhiều nhất

1.1.2 Ứng dụng của anten tự cấu hình

Anten tự cấu hình được ứng dụng trong nhiều mảng đặc biệt khi mà nhiều thuộc tính bức xạ được yêu cầu từ một phẩn tử đơn nhất Các vùng ứng dụng như là:

 Vô tuyến nhận thức ( cognitive radio)

 Trong các hệ thống truyền thông nhiều đẫu vào nhiều đầu ra

 Hệ thống truyền thông cá nhân và tế bào

 Các ứng dụng quân sự

 Ví dụ một anten tự cấu hình về tần số có thể dùng cho GSM, DCS, PCS, UMTS, Bluetooth và WLAN

1.1.3 Phân loại anten tự cấu hình

Mặc dù anten tự cấu hình có nhiều hình dạng khác nhau, nhưng có thể nhóm làm 4 loại dựa theo chức năng có thể cấu hình lại của chúng:

 Anten tự cấu hình về tần số

 Anten tự cấu hình về mẫu bức xạ

 Anten tự cấu hình về sự phân cực

 Và loại anten kết hợp các chức năng trên

Trong trường hợp của anten tự cấu hình tần số, sự điều chỉnh tần số xảy ra với các cấu hình anten khác nhau Sự điều chỉnh tần số này được thấy qua sự dịch tần số cộng hưởng trong dữ liệu về suy hao ngược của anten Trong trường hợp của anten tự cấu hình về mẫu bức xạ, các mẫu bức xạ thay đổi về hình dạng, hướng hoặc độ khuếch đại Còn trường hợp anten tự cấu hình về phân cực thì các loại phân cực thay đổi theo mỗi cấu hình của anten Loại cuối cùng là loại có nhiều thuôc tính kết hợp của các anten trên

Các anten tự cấu hình cũng có thể được phân thành nhóm dựa vào kĩ thuật thực hiện:

 Nhóm 1: Nhóm anten sử dụng các bộ chuyển mạch

 Nhóm 2: Nhóm anten sử dụng tụ điện, và diode biến dung

 Nhóm 3: Nhóm anten sử dụng sự thay đổi góc vật lý

 Nhóm 4: Nhóm anten sử dụng mạch tiếp điện cấu hình lại được

1.1.4 Các nguyên lý thiết kế cơ bản

Sự tự cấu hình của anten có thể đạt được dựa theo các nguyên lý cơ bản sau

 Nguyên lý 1: Để thiết kế anten có tần số là tham số có thể cấu hình lại được, người thiết kế cần làm thay đổi sự phân bố dòng điện bề mặt trên anten

 Nguyên lý 2: Để thiết kế anten có mẫu bức xạ có thể cấu hình lại được người thiết kế cần thay đổi biên bức xạ, khe bức xạ hoặc mạng tiếp điện

 Nguyên lý 3: Để thiết kế anten có trường phân cực có khả năng cấu hình lại, người thiết kế cần thay đổi cấu trúc bề mặt của anten hoặc thay đổi mạng tiếp điện cho anten

 Nguyên lý 4: Để thiết kế anten có đồng thời các thuộc tính trên, người thiết

kế cần sử dụng đồng thời các nguyên lý trên

Một anten được gọi là anten nhiều phần nếu nó được cấu thành bởi một dãy các thành phần đồng dạng (tam giác, vuông …) Nếu khác, nó được gọi là anten đơn phần Anten nhóm 1 sử dụng các bộ chuyển mạch để kết nối các phần khác nhau trong anten nhiều phần hoặc để bắc qua các khe tồn tại trong anten một phần Trong anten nhiều phần, các bộ chuyển mạch dùng để mở rộng kích thước của anten hoặc

để đạt được đặc tính bức xạ đặc biệt Tuy nhiên trong anten đơn phần các bộ chuyển mạch kết nối các khe để đổi hướng sự phân bố các dòng bề mặt theo các hướng khác nhau và thay đổi đặc tính của anten

Anten tự cấu hình nhóm 2 sử dụng tụ điện hoặc diode biến dung trong anten nhiều phần cũng như anten đơn phần để cấu hình lại điện dung giữa các phần anten khác nhau hoặc giữa các khe trong cấu trúc anten Các anten nhóm 3 sử dụng sử dụng sự thay đổi vật lý như là uốn cong hoặc quay một phần để phân bố lại dòng bề mặt và thay đổi thuộc tính bức xạ Anten nhóm 4 cấu hình lại mạng tiếp điện thay vì cấu hình lại cấu trúc của anten

1.2 Một số mẫu anten tự cấu hình

1.2.1 Anten tự cấu hình sử dụng các bộ chuyển mạch (nhóm 1)

Anten ở hình 1.1 được tạo thành bởi các miếng khác nhau được kết nối bởi các bộ chuyển mạch Các anten tự cấu hình được sản xuất như hai mẫu riêng biệt (cấu hình mở và cấu hình đóng) Loại anten này thu được sự điều chỉnh tần số bức

xạ và sự phân cực

Hình 1 1 Anten tự cấu hình gồm các ô bức xạ được kết nối bởi các bộ chuyển

mạch RF MEMS cấu hình mở [1]

Hình 1 2 Cấu hình của anten hoạt động ở 2 tần số khác nhau [1]

Trên hình 1.3 anten tự cấu hình dựa trên anten Yagi Anten này được thiết kế

sử dụng thành phần cơ bản là chấn tử có khả năng cấu hình lại để làm việc ở hai tần

số với gấp đôi số thanh dẫn xạ và phản xạ ở tần số cao hơn so với ở tần số thấp hơn Mỗi trong số hai cấu hình của anten tồn tại một tần số cộng hưởng

Hình 1 3 Anten Yagi tự cấu hình.[2]

Trên hình 1.4 là anten dạng xoắn ốc phẳng, thiết kế dựa trên tấm hình xoắn

ốc sử dụng các bộ chuyển mạch để mở rộng hoặc làm ngắn chiều dài của nhánh xoắn ốc Miếng hình xoắn ốc này được in trên tấm điện môi và được tiếp điện ở điểm trung tâm bằng một cáp đồng trục Việc sử dụng tiếp điện cáp đồng trục anten được kích thích thông qua đầu dò đứng, cái được hình thành bằng việc kéo dài vật dẫn bên trong của đường đồng trục, trong lúc mặt ngoài của cáp đồng trục được kết nối với mặt phẳng đất của tấm nền Anten xoắn ốc này bao gồm 5 phần, được kết nối bởi bốn bộ chuyển mạch RF MEMS Vị trí của các bộ chuyển mạch được xác định để đạt độ khuếch đại tối ưu ở tần số mong muốn Anten này đạt được việc điều chỉnh tần số bức xạ và mẫu bức xạ

Hình 1 4 Anten nhiều phần với các bộ chuyển mạch được sử dụng để thay đổi

chiều dài đoạn xoắn ốc.[2]

Có rất nhiều nhiều anten tự cấu hình sử dụng bộ chuyển mạch nhằm mục đích cho ứng dụng vô tuyến nhận thức (cognitive radio application) như là anten trong hình 1.5 1.6 1.7 dưới đây Vô tuyến nhận thức (Cognitive radio) là một mô thức mới cho truyền thông không dây trong đó mạng hoặc các nút mạng thay đổi các tham số truyền hoặc nhận để truyền thông một cách có hiệu quả tránh gây nhiễu với những người sử dụng có giấy phép hoặc không Sự thay đổi các thông số này dựa vào sự giám sát một vài nhân tố bên trong và bên ngoài môi trường vô tuyến, như là phổ tần số, cách dùng của người sử dụng, tình trạng mạng Mô thức này hứa hẹn tạo ra chất lượng dịch vụ tốt hơn cho người sử dụng trong lúc đồng thời làm có khả năng sử dụng mở rộng hơn phổ tần số vô tuyến sẵn có

Hình 1 5 Anten hai băng tần cho hệ thống vô tuyến nhận thức

Hình 1 6 Anten hai băng tần sử dụng RF MEMS [2]

Hình 1 7 Anten khe hình vành khăn sử dụng PIN diode [4]

Trên hình 1.7 là anten khe hình vành khăn (Annular Slot Antenna - ASA), đây là mẫu anten sử dụng PIN diode để điều chỉnh mẫu bức xạ trong khi vẫn giữ tần

số bức xạ không đổi Tần số hoạt động của anten này là 5.8GHz Các PIN diode lớn được sử dụng để ngắn mạch ASA ở những vị trí được định trước trên khe hình tròn Hai diode đặt đỗi xứng hai bên so với đường tiếp điện, lệch so với đường tiếp điện một góc 45 độ Như vậy lần lượt các PIN diode mở sẽ cho anten với cấu hình phân cực khác nhau

1.2.1 Anten tự cấu hình sử dụng tụ điện hoặc biến dung (nhóm 2)

Anten PIFA có khe hình chữ U Một diode biến dung được tích hợp vào giữa khe và đường dây phân áp để điều chỉnh tần số hoạt động Loại anten này hoạt động trong dải từ 1.64GHz đến 2.05 GHz tương ứng với điện áp phân cực từ 0v đến 20v Dải tần số điều chỉnh có độ rộng băng thông khoảng 410MHz bao gồm dải tần của một số ứng ứng truyền thông di đông như của DCS(17 10-1880MHz), PCS(1750-1870MHz) và PCS(USA)(1850-1990MHz) Loại anten này có kích thước là 40*15*8 mm3 Loại anten này có kích thước đủ nhỏ cho các thiết bị cầm tay có thể dùng làm anten cho các thiết bị cầm tay thế hệ 4

Hình 1 8 Anten PIFA sử dụng diode biến dung [3]

1.2.3 Anten tự cấu hình sử dụng sự thay đổi góc vật lý (nhóm 3)

Trên hình 2.15 là anten sử dụng sự thay đổi cấu trúc cơ học để đạt được sự tự cấu hình Loại anten này được sản xuất trên một tấm ăn mòn nằm trên tấm nền Một lớp mỏng vật liệu từ được mạ lên bề mặt anten Bằng việc ăn mòn lớp ăn mòn giữa anten và tấm nền, anten được giải phóng và chỉ được kết nối bởi đường tiếp điện của nó Khi một trường ngoài được đặt vào cấu trúc anten bị quay đi một góc do vùng nối giữa phần tấm vi dải cố dịnh và phần được giải phóng bị biến dạng Sự biến dạng này cho phép điều chỉnh đặc tính bức xạ của anten

Hình 1 9 Anten có thể được uốn cong nhờ từ trường ngoài [2]

1.2.4 Anten sử dụng mạng tiếp điện có khả năng cấu hình lại (nhóm 4)

Một trong những anten đầu tiên được phân vào loại này là anten trên hình 1.10 Anten này gồm một phần tử có khe, một mặt phẳng nền, và một mạng chuyển mạch động, cái mà có thể lựa chọn vị trí điểm tiếp điện (hoặc vị trí 0 hoặc vị trí 1) tạo nên sự cộng hưởng khác nhau ứng với mỗi vị trí tiếp điện

Hình 1 10 Anten với vị trí tiếp điện có thể thay đổi [2]

Một thiết kế khác có sử dụng tiếp điện có khả năng cấu hình lại như hình 1.11 Anten này thu được sự đa dạng về đặc trưng bức xạ Như ta thấy, mạng tiếp điện của anten có sử dụng các PIN diode, ứng với các trạng thái khác nhau của các

bộ chuyển mạch này anten sẽ có các đặc tính bức xạ khác nhau

Hình 1 11 Anten với mạch tiếp điện cấu hình lại được [2]

1.3 Những thiết kế mới

1.3.1 Anten tự cấu hình dựa trên tiếp điện quay

1.3.1.1 Cấu trúc và thuộc tính của anten

Cấu trúc cơ bản của anten như trên hình 1.12 bao gồm 3 lớp khác nhau Lớp phía dưới là mặt phẳng nối đất được phủ bởi lớp nền (rộng 3 cm và dài 7.5cm) Lớp nền ở giữa này có hằng số điện môi là ξ=3.9 và dày 1.6mm Lớp phía trên là tấm bức xạ bao gồm một hình chữ nhật 1.5 x 2cm được nối với một tam giác cân (đáy 1.5cm chiều cao 4cm) Bên trong tấm hình chữ nhật là 10 khe hình chữ nhật có phân bố Chebychev chung quanh khe chữ nhật trung tâm Bên trong tấm tam giác

có khe hình tam giác cân với đáy là 0.75cm cao 0.6062cm Anten được tiếp điện bằng đầu nối SMA 50Ω ở vị trí thích hợp

Hình 1 12 Cấu trúc anten với các khe [2]

1.3.1.2 Thiết kế anten tự cấu hình

Trong mẫu thiết kế này anten tự cấu hình về tần số không sử dụng các bộ chuyển mạch Vì ứng với mỗi phân bố dòng bề mặt của anten sẽ cho một tập các tần

số bức xạ khác nhau Kĩ thuật tự cấu hình ở đây sử dụng việc xoay các khe Từ phân

bố các khe theo Chebychev, sự quay của chúng sẽ thay đổi phân bố dòng bề mặt trên tấm bức xạ của anten và như vậy thiết lập được vị trí tiếp điện quay gián tiếp

Sự quay khe sẽ làm thay đổi trở kháng vào của anten Trên hình 1.13 cho thấy kết quả mô phỏng hệ số sóng đứng (VSWR) ở 3 vị trí xoay khác nhau của khe, thể hiện sự điều chỉnh tần số bức xạ Sự dịch chuyển tần số bức xạ cũng như băng thông và biên độ xảy ra khi thay đổi vị trí các khe

Hình 1 13 Hệ số VSWR cho 3 vị trí khác nhau của khe [2]

Mẫu anten được sản xuất như trên hình 1.14 Một hình trụ nhỏ được cắt khỏi anten, thay vào đó là khối hình trụ có thể xoay được Sự di dời của khối trụ bắt đầu

từ đáy của anten (mặt phẳng đất) cho tới mặt trên cùng (tấm bức xạ) Nó thì quan trọng để đảm bảo rằng, phần bức xạ trên trụ xoay luôn tiếp xúc với khe tròn trên tấm bức xạ của anten để đảm bảo dòng điện bề mặt được liên tục khi xoay trụ Mẫu sản xuất trên hình 1.14 thì núm xoay được điều chỉnh thủ công Trên hình 1.16 cho thấy suy hao ngược giữa anten mô phỏng và anten thực tế là khá phù hợp nhau

Hình 1 14 Mặt trước và sau của mẫu anten [2]

Hình 1 15 Vị trí của các khe trên khối trụ [2]

Hình 1 16 So sánh giữa kết quả mô phỏng và kết quả đo đạc của tổn hao

ngược [2]

1.3.1.3 Điều khiển tiến trình quay

Một vài bộ chuyển mạch xoay thương mại có thể sử dụng để quay tự động khe Các bộ chuyển mạch xoay có thể được làm thích hợp cho thiết kế này và được thi hành bởi một FPGA để điều khiển sự quay của các khe trên anten Sự quay của khe có thể được thực hiện tự động theo các thuật toán được tích hợp vào trong FPGA

1.3.1 Anten tự cấu hình dạng hình sao

và 6 khe hình chữ nhật với kích thước là 1.4*0.2cm Anten được tiếp điện bởi đầu

dò đồng trục trở kháng 50Ω Vị trí tiếp điện được tối ưu nhờ phần mềm

Hình 1 17 Cấu trúc anten dạng hình sao [2]

1.3.2.2 Sự cấu hình lại của anten

Sự tự cấu hình của anten nhờ vào 6 bộ chuyển mạch hình 4 kích thước 2mm gắn vào tâm của khe hình chữ nhật như trên hình 1.18 Các bộ chuyển mạch này có thể thay bằng các PIN diode thưc tế, tuy nhiên kết quả đo đạc không thay đổi nhiều

Hình 1 18 Vị trí các bộ chuyển mạch [2]

Sự tự cấu hình về mẫu bức xạ được chỉ ra trên hình 1.19 và 1.20, với mẫu bức xạ khi tất cả các bộ chuyển mạch được kích hoạt, hoặc tất cả các bộ chuyển mạch không được kích hoạt

1.4 Kết luận

Trong chương này ta đã tìm hiểu tổng quan về anten tự cấu hình Khái niệm, phân loại cũng như một số nguyên lý cơ bản thiết kế anten tự cấu hình đã được giới thiệu Trong chương cũng đã trình bày về một số mấu anten tự cấu hình được phân nhóm theo kĩ thuật áp dụng, các anten này có thể là anten tự cấu hình về tần số, tự cấu hình về mẫu bức xạ, tự cấu hình về sự phân cực hoặc đồng thời các khả năng trên Ta thấy anten tự cấu hình được ứng dụng trong nhiều mảng khác nhau, đặc biệt trong những ứng dụng đòi hỏi nhiều thuộc tính bức xạ khác nhau trên một phân

tử đơn nhất Cuối chương ta tìm hiểu một số mẫu anten tự cấu hình mới gồm mẫu anten có khe xoay và anten hình sao, những mẫu này có thế được điều khiển tự động, tối ưu thông qua các thuật toán được tích hợp trong FPGA đi liền với anten

CHƯƠNG II CÁC KỸ THUẬT TÁI CẤU HÌNH ANTEN

2.1 Tổng quan các kỹ thuật tái cấu hình

Sáu kỹ thuật chính được sử dụng để tái cấu hình anten được chỉ ra trong hình 1.1 Các kỹ thuật hướng đến thay đổi phân bố dòng điện, thay đổi cách cấp nguồn, thay đổi cấu trúc vật lý hay thay đổi các biên bức xạ một cách thích hợp từ đó thay đổi các đặc tính của anten Cần lưu ý rằng khi một tham số đặc tính thay đổi có thể cũng làm thay đổi các tham số khác Công việc của thiết kế anten tái cấu hình cần phải tách biệt các thay đổi của các thuộc tính, làm cho chúng độc lập nhau tương đối

RF-MEMS là một phần tử sử dụng chuyển động cơ học để đóng mở mạch, chúng

sử dụng để đóng hay ngắt một đường dòng điện trên anten, từ đó làm thay đổi phân

bố dòng Lực làm chuyển động cơ học có thể dùng lực điện, lực từ, sử dụng nhiệt, hay lực áp điện… Ưu điểm của loại này là tính cách ly tốt do cơ cấu chuyển mạch cách ly với cơ cấu đóng mở, không tiêu thụ điện năng, tuy nhiên cần điện áp hoạt động cao, tốc độ chuyển mạch không cao bằng PIN diode

PIN diode là loại diode hoạt động ở cao tần, cho phép đóng mở mạch các dòng cao tần Ưu điểm của loại này là có tốc độ chuyển mạch cao, điện áp hoạt động thấp Tuy nhiên tính cách ly của nó không cao bằng RF-MEMS, phần điều khiển đóng mở là một phần của anten nên thiết kế cần lưu ý điều này

Diode biến dung: là một lớp chuyển tiếp p-n hoạt động ở phân cực ngược, có tác dụng như một tụ điện, có điện dung thay đổi theo điện áp phân cực ngược Điện dung của nó có thể thay đổi từ 10 − 100 𝑝𝐹 Ưu điêm của loại này là điều chỉnh đặc tính một cách liên tục

Chuyển mạch quang: là phần tử có thể đóng mở mạch điện điều khiển bằng quang thay vì điện như PIN diode, dây quang không ảnh hưởng tới anten nên thiết kế loại này dễ hơn khi dùng PIN diode Tốc độ chuyển mạch của

chuyển mạch quang nhanh hơn RF-MEMS nhưng chậm hơn PIN-diode Bảng 2.1 so sánh các thông số kỹ thuật của ba loại chuyển mạch là RF-MEMS, PIN diode và chuyển mạch quang

Thay đổi cấu trúc hình học: Việc thay đổi cấu trúc hình học cũng có thể sử dụng để tái cấu hình anten Phương pháp này cần thiết kế các cơ cấu vật lý

có thể thay đổi hình dạng một cách liên tục hay nhảy bước Ưu điểm của phương pháp này là tính cách ly tốt, đơn giản Tuy nhiên nó khó điều khiển (thường dùng các kết cấu cơ học điều khiển được để điều khiển sự thay đổi hình dạng như động cơ bước), tốc độ đáp ứng chậm, khó tích hợp, kích thước lớn

Thay đổi vật liệu: việc thay đổi vật liệu cũng làm thay đổi đi đặc tính của anten Phương pháp này dựa trên các vật liệu thông minh như tinh thể lỏng, ferites Các vật liệu này có thể thay đổi thông số điện (như điện môi hay từ thẩm) thông qua một đại lượng điều khiển khác (như áp điện đặt vào chất liệu) Ưu điểm của loại này là kích thước nhỏ gọn Nhược điểm chính là hiệu quả tái cấu hình thấp, đặc biệt ở ứng dụng cao tần

Đặc tính điện RF-MEMS Pin-diode Chuyển mạch quang Điện áp (V) 20-100 3-5 1.8-1.9

Tổn hao (dB) 0.05-0.2 0.3-1.2 0.5-1.5

Bảng 2 1 So sánh các chuyển mạch sử dụng trong tái cấu hình anten

2.2 Các kỹ thuật tái cấu hình anten theo đáp ứng tần số

Anten tái cấu hình theo tần số (còn gọi là anten có thể điều hướng) có thể được chia thành hai loại: liên tục và chuyển mạch anten tần số có thể điều chỉnh liên tục cho phép chuyển đổi dễ dàng trong hoặc giữa các băng tần điều hành mà không cần những bước nhảy Anten có thể điều chỉnh sử dụng chuyển mạch, mặt khác, sử dụng một số loại cơ chế chuyển đổi sang hoạt động ở dải tần số riêng biệt

Cả hai loại anten trong nói chung có cùng một lý thuyết chung về hoạt động

và cấu hình lại, sự khác biệt chính là ở mức độ thay đổi chiều dài hiệu dụng, cho phép hoạt động trên dải tần số khác nhau với các thiết bị hoặc các phương tiện sử dụng để đạt được những thay đổi này Những lý thuyết cơ bản về hoạt động của các loại anten này được trình bày đầu tiên, tiếp theo là một số ví dụ và thảo luận các cơ chế cấu hình lại và kết quả cho một loạt các anten cụ thể

2.2.1 Lý thuyết hoạt động cơ bản

Một số anten thông thường bao gồm anten tuyến tính, ăng ten vòng, anten khe, và anten vi dải, thường hoạt động ở cộng hưởng Trong những trường hợp này, chiều dài điện hiệu dụng của anten đóng vai trò quyết định tần số hoạt động, băng thông có liên quan của nó (thường không có nhiều hơn 10% và thường là khoảng 1% đến 3% cho một sự cộng hưởng duy nhất), và sự phân bố dòng điện trên anten quyết định mẫu bức xạ của nó Ví dụ, đối với một anten lưỡng cực tuyến tính truyền thống, tần số cộng hưởng đầu tiên xảy ra ở tần số xấp xỉ khoảng một nửa chiều dài bước sóng, và kết quả là việc phân bố dòng điện trong một mô hình bức xạ theo mọi hướng tập trung vào và bình thường với trục anten Trong trường hợp này, nếu ai

muốn anten hoạt động ở tần số cao hơn, anten đơn giản có thể chỉ cần được rút ngắn

độ dài chính xác tương ứng với một nửa bước sóng ở tần số mới Các mô hình bức

xạ mới phần lớn sẽ có các đặc tính giống như lần đầu tiên bởi vì phân phối hiện tại

là như nhau so với một bước sóng Nguyên tắc này cũng đúng cho các anten vòng, khe và anten vi dải

2.2.2 Một số kỹ thuật, cơ chế tái cấu hình

Một số cơ chế có thể được sử dụng để thay đổi độ dài hiệu dụng của anten cộng hưởng, mặc dù một phần trong số này là hiệu quả hơn so với những phương pháp khác trong việc duy trì các đặc tính bức xạ của cấu hình ban đầu Các phần sau đây mô tả cơ chế tái cấu hình khác nhau, cung cấp một số ví dụ và thảo luận về những lợi ích và nhược điểm của từng phương pháp

Thiết bị chuyển mạch

Chiều dài hiệu dụng của anten, cũng như tần số hoạt động của nó, có thể được thay đổi bằng cách thêm hoặc loại bỏ một phần chiều dài ăng ten thông qua phương pháp điện, quang học, cơ khí, hoặc các phương pháp khác Chúng đã chỉ ra các loại khác nhau của công nghệ chuyển đổi, chẳng hạn như công tắc quang học, điốt PIN, FET và các chuyển mạch của hệ thống vô tuyến có tần số vi điện (RF-MEMS) trong anten đơn cực và lưỡng cực có thể điều chỉnh cho các dải tần số khác nhau Ví dụ, Freeman với thay đổi chiều dài hiệu dụng của một anten đơn cực sử dụng công tắc quang học, giúp loại bỏ một số phần tử chuyển mạch và hiệu ứng dòng sai lệch có thể xảy ra với các loại thiết bị chuyển mạch [8] Một cách tiếp cận thiết kế tương tự đã được thực hiện bởi Panagamuwa trong [9] Trong trường hợp này, một lưỡng cực cân bằng chế tạo với silic có điện trở suất cao được trang bị hai chuyển mạch silicon quang dẫn thể hiện trong hình 2.1 [9] Ánh sáng từ đèn laser hồng ngoại dẫn đường với các loại cáp sợi quang đã được sử dụng để kiểm soát

thiết bị chuyển mạch Với cả hai công tắc đóng, các anten hoạt động ở tần số thấp hơn 2,16 GHz,và với cả công tắc mở, các anten hoạt động ở 3,15 GHz Các nhà nghiên cứu cũng lưu ý biến đổi trong anten như một chức năng của điện quang được

sử dụng để kích hoạt [9] các thiết bị chuyển mạch Tuy nhiên, mô hình tái cấu hình này được liên kết với một sự thay đổi trong tần số hoạt động, mà thay đổi đến 2,7GHz dưới [9] những điều kiện này Kiriazi đã trình bày một ví dụ tương tự thay đổi chiều dài hiệu dụng của anten sử dụng chuyển mạch RF-MEMS trong [10] Trong bài nghiên cứu này, mở và đóng một cặp chuyển mạch RF-MEMS đã cấu hình lại một anten lưỡng cực đơn in trên một chất nền silic có điện trở suất cao để hoạt động theo một trong hai băng tần

Hình 2 1 Anten dipol chuyển mạch quang cung cấp tái cấu hình tần sô (Theo

Panagamuwa [9], IEEE 2006)

Sử dụng bốn PIN điốt, Roscoe đã phát triển một cấu hình sử dụng ăng ten lưỡng cực để cung cấp ba băng tần hoạt động giữa 5,2 và 5,8 GHz [11] Những người khác đã áp dụng phương pháp tương tự với lưỡng cực vi dải [2] và anten Yagi [14] Các cấu trúc phát xạ dựa trên hình dạng phân đoạn nhưng sử dụng các nguyên tắc cơ bản giống nhau đã được nghiên cứu bởi nhiều nhà nghiên cứu [ví dụ,

15-18] Trong [15], một cấu trúc cây phân đoạn ba chiều được đề xuất để sử dụng với tần số thụ động hoặc chuyển mạch RF-MEMS để cung cấp hoạt động trên nhiều băng tần Anagnostou thảo luận về một mẫu tái cấu hình đơn cực dựa trên một miếng đệm Sierpinski với chuyển mạch RF-MEMS để kết nối các phần của anten với nhau để cung cấp nhiều băng tần làm việc [16] Công việc tiếp theo với tích hợp trực tiếp với chuyển mạch RF-MEMS cung cấp ba dải điều hành riêng biệt với các đặc tính bức xạ đẳng hướng tương tự [18] Việc chế tạo đồng thời của các anten và chuyển mạch trên một chất nền giúp giảm thiểu tác động của parasitics và các hiệu ứng không lý tưởng khác được tạo ra nếu thiết bị chuyển mạch được đóng gói sẵn

và kèm theo

Những khe tần số phát xạ chuyển mạch với nhiều cấu trúc hình học và đặc tính phát xạ cũng được đề xuất bởi một số nhà nghiên cứu Một anten khe tái cấu hình được đề xuất bởi Gupta ở [19] Với cách bố trí vòng lồng nhau, nó được cho đi qua bởi dây dẫn đơn hoặc ống dẫn sóng đồng phẳng (CPW) Sử dụng tám chuyển mạch PIN diode, tần số thấp hơn trong hai tần số hoạt động đã được thiết lập bởi các chu vi của vòng ngoài Khi phần khe cắm ngắn ở hai bên đối lập của vòng lặp được bật tại chỗ, các anten hoạt động ở băng tần số trên [19] Peroulis ở [20] đã chứng minh một anten có thể điều hướng sử dụng bốn công tắc PIN diode mà thay đổi chiều dài hiệu dụng của một khe hình chữ S để hoạt động ở một trong bốn băng tần có thể lựa chọn giữa 530 và 890 MHz Một sơ đồ các anten được thể hiện trong hình 2.2 [20] Những thay đổi trên một dải rộng tần số như vậy thường được đi kèm với thay đổi trở kháng đầu vào Tuy nhiên, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng thiết

bị chuyển mạch và có thể điều chỉnh hình dạng khe như vậy có thể đạt được thông qua chuyển mạch chính nó mà không cần phải thay đổi trong mạng lưới kết hợp hay

vị trí kết nối của nó [20]

Hình 2 2 Sơ đồ anten tái cấu hình có khe hình chữ S, bao gồm dòng cấp vi dải Đơn vị tất cả đều theo milimet, độ dày điện môi là 2.54mm (theo Peroulis [20],

IEEE 2005)

Ngoài ra xem xét trong thiết kế này là những hiệu ứng dựa vào hay ảnh hưởng của thiết bị chuyển mạch diode PIN Các mạng có xu hướng một chiều cho mỗi chuyển mạch diode và mô hình mạch tương đương của nó được thể hiện trong hình 2.3 [20]

Hình 2 3 (a) Bố cục mạng phân cực chuyển mạch pin-diode cho khe anten tái cấu hình tần số (b) Mạch RF tương đương cho mạng phân cực (theo Peroulis

[20], IEEE 2005)

Những mô hình này đã được đưa vào mô phỏng để tinh chỉnh thiết kế của các anten Điều này sẽ đem lại một khía cạnh quan trọng của anten cấu hình lại, đó

là sự tương thích của các topo anten với các cơ chế cấu hình lại dự định Trong một

số trường hợp, cách duy nhất để bao gồm một bộ chuyển mạch đặc biệt là thiết kế anten trên hình học của chuyển đổi Một ví dụ của việc này là sự lai gấp khe / khe cắm ăng ten lưỡng cực được mô tả trong [21] và thể hiện trong hình 2.4 [21] Thiết

kế đặc biệt này được phát triển để chứa một RF-MEMS bố trí công tắc đặc biệt để đơn giản hóa việc chế tạo tích hợp và hoạt động của ăng-ten

Ta cũng có thể đạt được những thay đổi rời rạc trên chiều dài hiệu dụng điện của một anten bằng cách duy trì hoạt động của anten nhưng thay đổi chiều đi của dòng điện về cấu trúc Yang và Rahmat-Samii chứng minh một ví dụ của phương pháp này sử dụng một anten vi dải [22] Một khe cắm được khắc trong một bản vá

vi dải hình chữ nhật tiêu chuẩn để nó vuông góc với hướng của dòng chính của sự cộng hưởng của miếng vá [22] Một diode PIN vị trí ở trung tâm của khe thay đổi các đường dẫn hiện hành về các bản vá tùy thuộc vào tình trạng sai lệch của nó Với một chuyển đổi diode mở, dòng sẽ chạy vòng quanh khe và anten hoạt động trong một dải tần số thấp hơn Với một chuyển mạch diode đóng, chiều dài hiệu dụng của các miếng vá là ngắn hơn và anten hoạt động trong một dải tần số cao hơn Chiều dài khe kiểm soát tỉ lệ tần số giữa tần số hoạt động trên và dưới Miễn là chiều dài khe không phải là quá dài, mô hình bức xạ của ăng ten ban đầu phần lớn là duy trì [22] Khe dài hơn sẽ cho kết quả mô hình bức xạ với các thành phần phân cực chéo cao hơn Nhiều nhà nghiên cứu đã mở rộng khái niệm này cho những cấu trúc vi dải khác, chẳng hạn như các ăng ten vá hình chữ E [23] Mặc dù đây chỉ là một số trong rất nhiều ví dụ về tái tần số chuyển mạch với một loạt các loại ăng ten khác nhau và hình học, tất cả họ đều chia sẻ những phương pháp phổ biến của những thay đổi rời rạc trong thời gian hiệu dụng để đạt được mục tiêu của họ

Hình 2 4 Anten tái cấu hình hỗn hợp lưỡng cực khe gấp: anten có cấu trúc hình học sử dụng cả 3 chuyển mạch(trái) hay hỗn hợp sử dụng 2 trong 3

chuyển mạch(phải) (Huff và Bernhard [21], IEEE 2005)

Tải phản ứng biến đổi

Việc sử dụng tải phản ứng biến có nhiều điểm chung với việc tái cấu hình được thảo luận trong phần trước Sự khác biệt duy nhất giữa chúng là, trong trường hợp này, sự thay đổi trong chiều dài ăng ten hiệu dụng đạt được với các thiết bị hoặc các cơ chế mà diễn ra trên một dải liên tục các giá trị hơn là thay đổi rời rạc trong băng tần hoạt động của anten

Một ví dụ là một anten vi dải patch liên tục điều chỉnh được trình bày trong [24] Trong trường hợp này, hai điốt điện dung được kết nối giữa các cạnh phát xạ chính của cấu trúc Với một phân cực ngược biến đổi giữa 0 và 30 V, điốt điện dung

có giá trị giữa 2,4 và 0,4 pF Bởi vì mức phân cực thay đổi, các tụ ở các cạnh của các miếng vá chỉnh chiều dài điện hiệu dụng của các bản vá Liên tục điều chỉnh tần

số trên một băng tần lớn là có thể (20-30% như trong [24]) tùy thuộc vào topo anten

Một anten khe được nạp với hai thành phần FET phản ứng một cổng được điều chỉnh liên tục trong [25] Bằng cách thay đổi điện áp phân cực, các điện kháng của FETs được thay đổi bằng cách thay đổi điện áp phân cực, trong đó, lần lượt,

thay đổi chiều dài hiệu dụng của khe và tần số hoạt động của nó Phạm vi của các điều chỉnh là khoảng 10%, tập trung ở khoảng 10 GHz Các mô hình về cơ bản không thay đổi trong phạm vi điều chỉnh tương đối nhỏ này [25] Tương tự anten khe có thể điều chỉnh được trang bị thêm điốt điện dung[ví dụ, 26, 27] cũng đã được phát triển, trong đó tận dụng thứ tự cộng hưởng để tạo ra hiệu suất 2 băng có thể điều chỉnh được Sử dụng một mô hình đường truyền của khe nạp cộng hưởng, vị trí của điốt điện dung có thể được xác định để cho phép điều chỉnh độc lập 2 băng tần [27]

Gần đây hơn, một anten vi dải đã được điều chỉnh bằng cách sử dụng tích hợp tụ RF-MEMS [28] Thể hiện trong hình 2.5 [28], các tụ điện được thực hiện trên một ống dẫn sóng đồng phẳng CPW điều chỉnh đơn giản và được kích thích với điện áp phân cực liên tục lên đến 12 V, sản xuất ra các tần số hoạt động giữa 15,75

và 16,05 GHz [28] Các cách tiếp cận nguyên khối độc đáo được thiết kế giúp loại

bỏ sự cần thiết cho đường phân cực Anten vi dải khác với khe cắm được trang bị với điốt điện dung ở thể rắn cũng đã được chứng minh [29]

Hình 2 5 Anten vi dải tái cấu hình tần số với tụ RF-MEMS và ống dẫn sóng

đồng phẳng

Một sự kết hợp của các chuyển mạch và đường phản ứng cũng đã được triển khai để hỗ trợ cả hai trong điều chỉnh tần số cho một ăng ten đơn cực ở [30] Dựa trên một cấu trúc đơn cực uốn khúc dòng, một PIN điốt được thực hiện để cung cấp điều chỉnh giữa các băng tần hệ thống (trong trường hợp này, 2 và 5 GHz), trong khi một điện dung được sử dụng để điều chỉnh tốt trong mỗi băng tần[30], có lẽ hỗ trợ một mức độ khả năng lọc tín hiệu tại các anten có thể được sử dụng kết hợp với các chức năng vô tuyến điện khác

Thay đổi cấu trúc, cơ học

Thay đổi cơ học chứ không phải là điện trong cấu trúc ăng ten có thể cung cấp sự thay đổi tần số lớn hơn, dù được sử dụng cho các băng tần biến chuyển hoặc liên tục Những thách thức chính với các anten nằm trong thiết kế vật lý của anten

và việc duy trì các đặc điểm khác khi đối mặt với những thay đổi đáng kể về cơ cấu Một ví dụ của một anten thay đổi về mặt cơ học đã được chứng minh vào năm

1998, nơi mà hệ thống truyền động điện được sử dụng để thay đổi khoảng cách giữa các anten vi dải để thay đổi tần số hoạt động của ăng ten [31-33] Một hình ảnh của các ăng-ten được trình bày trong hình 2.6 [33]

Hình 2 6 Hình ảnh anten tái cấu hình về mặt cơ học với yếu tố kí sinh chuyển động, cung cấp tần số, băng tần và tăng ích thay đổi (theo Bernhard ở [33], IEEE 2001)