Đồ án tốt nghiệp: Nghiên cứu thiết kế anten vi dải sử dụng trong hệ thống thông tin vô tuyến

Nội dung của báo cáo đồ án được chia làm ba chương: Chương 1: Sơ lược về anten vi dải. Chương 2 - Phân tích phương pháp tính tính toán, thiết kế anten vi dải băng rộng. Chương 3 - Thiết kế, mô phỏng anten vi dải băng rộng bằng phần mềm CST. Mời các bạn tham khảo!

M C L CỤ Ụ

DANH M C T  VI T T TỤ Ừ Ế Ắ

CST Computer simulation technology Ph n m m mô ph ng công ngh ầ ề ỏ ệ 

trên máy tính GSM Global system for mobile communication H  th ng thông tin di đ ng toàn ệ ố ộ  

c u ầ GPS Global positioning system H  th ng đ nh v  toàn c u ệ ố ị ị ầ

MPA Microstrip patch antenna Anten b c x  vi d i ứ ạ ả

CPW Coplanar waveguide ố ng d n sóng đ ng ph ng ẫ ồ ẳ

MTA Microstrip traveling – wave antenna Anten vi d i sóng ch y ả ạ

TM Transverse magnetic T  tr ừ ườ ng ngang

DGS Defected ground structure C u trúc m t đ u khuy t thi u ấ ặ ấ ế ế HPBW Half power beam width  Đ  r ng búp sóng n a công su t ộ ộ ử ấ WLAN Wireless local area network M ng c c b  không dây ạ ụ ộ

DANH M C CÁC HÌNH  NHỤ Ả

 DANH M C B NG BI UỤ Ả Ể

Cho đ n th i đi m hi n t i không th  ph  nh n vai trò quan tr ng c aế ờ ể ệ ạ ể ủ ậ ọ ủ  truy n thông vô tuy n và các thi t b  liên quan, nó g n li n v i cu c s ng hàngề ế ế ị ắ ề ớ ộ ố  ngày và ph  sóng kh p toàn c u, nh ng năm g n đây s  bùng n  c a nhu c uủ ắ ầ ữ ầ ự ổ ủ ầ  thông tin vô tuy n  đã thúc đ y s  phát tri n c a công ngh  truy n thông vô tuy n,ế ẩ ử ể ủ ệ ề ế  cùng v i s  phát tri n đó thì anten ­ thành ph n không th  thi u trong b t kì hớ ự ể ầ ể ế ấ ệ 

th ng vi n thông nào cũng không ng ng đố ễ ừ ược quan tâm nghiên c u phát tri n đứ ể ể phù h p v i các thi t b  thông tin vô tuy n hi n đ i.ợ ớ ế ị ế ệ ạ

Nh ng nghiên c u v  anten mang ý nghĩa hi u qu  truy n thông vô tuy nữ ứ ề ệ ả ề ế  

được quan tâm nh t đ u tiên ph i k  đ n là anten vi d i . Nh  các  u đi m n iấ ầ ả ể ế ả ờ ư ể ố  

b t nh : có kích thậ ư ước m ng, nh  g n, tr ng lỏ ỏ ọ ọ ượng nh , d  dàng s n xu t, dẹ ễ ả ấ ễ 

ph i h p tr  kháng và d  tích h p các c u trúc trên b  m t, mà anten vi d i đãố ợ ở ễ ợ ấ ề ặ ả  

đượ ực l a ch n làm anten trong các h  th ng thông tin vô tuy n nh : Đi n tho i diọ ệ ố ế ư ệ ạ  

đ ng c m tay, các k  thu t lộ ầ ỹ ậ ường t  xa, các m ng wifi  Tuy nhiên anten vi d i l iừ ạ ả ạ  

có h n ch  l n v  m t băng thông, băng thông r t h p trong khi r t nhi u  ngạ ế ớ ề ặ ấ ẹ ấ ề ứ  

d ng hi n nay đòi h i anten ph i có kích thụ ệ ỏ ả ước nh , băng thông r ng và đ ng th iỏ ộ ồ ờ  

l i có kh  năng ho t đ ng t i nhi u d i t n khác nhauạ ả ạ ộ ạ ề ả ầ .

V i nh ng yêu c u th c t  trên, em l a ch n đ  tàiớ ữ ầ ự ế ự ọ ề  ‘’Nghiên c u thi t kứ ế ế anten vi d i s  d ng trong h  th ng thông tin vô tuy n’’ ả ử ụ ệ ố ế  làm đ  án t t nghi pồ ố ệ  mình, đ  án s  d ng ph n m m CST đ  thi t k  và mô ph ng anten. N i dungồ ử ụ ầ ề ể ế ế ỏ ộ  

c a báo cáo đ  án đủ ồ ược chia làm ba chương:

Chương 1: S  lơ ược v  anten vi d iề ả

Chương 2: Phân tích phương pháp tính tính toán, thi t k  anten vi d i băngế ế ả  

Lê Th  Hoàiị

L I C M  NỜ Ả Ơ

Trước tiên, em mu n đố ược bày t  s  bi t  n sâu s c t i giáo viên hỏ ự ế ơ ắ ớ ướ  ng

d n c a em là cô Hoàng Th  Phẫ ủ ị ương Th o – gi ng viên Trả ả ường Đ i h c Đi nạ ọ ệ  

L c đã t n tình hự ậ ướng d n em trong su t quá trình th c hi n đ  án t t nghi pẫ ố ự ệ ồ ố ệ  này

Em xin bày t  l i c m  n chân thành và sâu s c t i các th y cô giáo trongỏ ờ ả ơ ắ ớ ầ  

và ngoài trường Đ i h c Đi n L c đã gi ng d y em trong 4,5 năm qua, nh ngạ ọ ệ ự ả ạ ữ  

ki n th c và kinh nghi m quý báu mà th y cô đã truy n đ t cho em trên gi ngế ứ ệ ầ ề ạ ả  

đường đ i h c là n n t ng giúp em hoàn thành bài báo cáo này và là hành trangạ ọ ề ả  

v ng ch c cho em trong bữ ắ ước đường tương lai

Em xin trân tr ng c m  n các th y, cô giáo trong khoa Đi n t  vi n thôngọ ả ơ ầ ệ ử ễ  

đã t n tình giúp đ  và t o đi u ki n giúp em hoàn thành đ  án c a mình.ậ ỡ ạ ề ệ ồ ủ

Trong quá trình th c t p khó có th  tránh kh i nh ng sai sót, em r t mongự ậ ể ỏ ữ ấ  

nh n đậ ượ ực s  góp ý c a th y cô cũng nh  c a các b n.ủ ầ ư ủ ạ

Em xin chân thành c m  n.ả ơ

CHƯƠNG 1: S  LƠ ƯỢC V  ANTEN VI D IỀ Ả

Các khái ni m đ u tiên v  anten vi d i đệ ầ ề ả ược kh i xở ướng b i Deschampsở  

anten  ng d ng k  thu t vi d i m i đứ ụ ỹ ậ ả ớ ược ch  t o.ế ạ

Anten vi d i đ n gi n c u t o g m: m t Radiating Patch (m t b c x ) r tả ơ ả ấ ạ ồ ộ ặ ứ ạ ấ  

m ng v i b  dày t<< : bỏ ớ ề ước sóng không gian t  do n m trên Dielectirc Substrateự ằ  (l p ch t n n đi n môi) có  <=10 , phía đ i di n v i patch là Ground Plane (m tớ ấ ề ệ ố ệ ớ ặ  

ph ng đ t). Patch là v t d n đi n, thẳ ấ ậ ẫ ệ ường là đ ng hay vàng, có th  có hình d ngồ ể ạ  

b t k ấ ỳ

Hinh 1. Anten vi d i và h  tr c t a đ̀ ả ệ ụ ọ ộ

Anten vi d i đả ược đ c t  b i nhi u thông s  h n các anten truy n th ngặ ả ở ề ố ơ ề ố  khác. Chúng được thi t k  dế ế ưới nhi u d ng hình h c khác nhau nh : hình vuông,ề ạ ọ ư  hình ch  nh t, hình tròn, tam giác, bán c u, hình qu t, hình vành khuyên.ữ ậ ầ ạ

Hinh 1. Các d ng anten vi d i thông d ng̀ ạ ả ụ

 M t s   ng d ng c a anten vi d i:ộ ố ứ ụ ủ ả

­ Các anten dùng trong thông tin vô tuy n.ế

­ Các radar đo ph n x  thả ạ ường dùng các dãy anten vi d i phát x ả ạ

­ H  th ng thông tin hàng không và v  tinh dùng anten vi d i đ  đ nh v ệ ố ệ ả ể ị ị

 Anten vi d i có các  u đi m [3]:ả ư ể

­ Tr ng lọ ượng nh , kích thẹ ước nh , b  dày m ng.ỏ ề ỏ

­ Chí phí ch  t o th p, d  dàng đ  s n xu t hàng lo t.ế ạ ấ ễ ể ả ấ ạ

­ Phân c c tuy n tính và phân c c tròn v i phự ế ự ớ ương pháp ti p đi n đ nế ệ ơ  

gi n.ả

­ Anten ho t đ ng   nhi u t n s  kép và anten phân c c kép có th  th cạ ộ ở ề ầ ố ự ể ự  

hi n d  dàng.ệ ễ

­ Có th  d  dàng để ễ ược tích h p v i các m ch tích h p vi sóng.ợ ớ ạ ợ

­ Các đường ti p đi n và các linh ki n ph i h p tr  kháng có thế ệ ệ ố ợ ở ể 

được cùng thi t k  trên m t c u trúc anten.ế ế ộ ấ

­ Linh đ ng gi a phân c c tròn và phân c c th ng.ộ ữ ự ự ẳ

­ Tương thích v i các thi t b  di đ ng.ớ ế ị ộ

 Nhược đi m c a anten vi d i [3]ể ủ ả

­ Đ  l i th p (thộ ợ ấ ường nh  h n 10 dB).ỏ ơ

­ Suy hao l n trong c u trúc ti p đi n c a các anten m ng.ớ ấ ế ệ ủ ả

­ Đa s  các anten vi d i ch  b c x  trong n a không gian phía trênố ả ỉ ứ ạ ử  

m t ph ng đ t.ặ ẳ ấ

­ Kh  năng t n nhi t c a anten vi d i kém.ả ả ệ ủ ả

­ Các b c x  không mong mu n   đứ ạ ố ở ường c p ngu n và các m i n iấ ồ ố ố  còn khá nhi u.ề

­ Kh  năng đi u khi n đi n áp th p.ả ề ể ệ ấ

­ Đ  l i và hi u su t gi m, m c đ  phân c c chéo cao v i anten m ngộ ợ ệ ấ ả ứ ộ ự ớ ả  

Anten patch vi d i (Microtrip patch antenna: MPA) bao g m m t patch d nả ồ ộ ẫ  

đi n dệ ướ ại d ng hình h c ph ng hay không ph ng trên m t m t c a đ  đi n môiọ ẳ ẳ ộ ặ ủ ế ệ  

và m t ph ng đ t n m trên m t ph ng còn l i c a đ ặ ẳ ấ ằ ặ ẳ ạ ủ ế

Hinh 1. Anten patch vi d ì ả

Các thi t k  anten patch ch  y u t p trung vào đ c tính b c x  c a nó,ế ế ủ ế ậ ặ ứ ạ ủ  anten patch vi d i có nhi u d ng khác nhau (vuông, ch  nh t, tròn, ) nh ng đ cả ề ạ ữ ậ ư ặ  tính b c x  c a chúng h u nh  gi ng nhau. Trong s  các lo i anten patch vi d i,ứ ạ ủ ầ ư ố ố ạ ả  anten có d ng hình ch  nh t và hình tròn là hai d ng thông d ng và đạ ữ ậ ạ ụ ược sử 

d ng r ng rãi [3].ụ ộ

Hinh 1. M t s  hình d ng thông d ng c a anten patch vi d ì ộ ố ạ ụ ủ ả

2 Anten khe m ch in  ạ

Anten khe m ch in (Printed slot antenna) có c u t o g m m t khe trongạ ấ ạ ồ ộ  

m t ph ng đ t c a m t đ  đặ ẳ ấ ủ ộ ế ược n i đ t, khe này có nhi u hình d ng khác nhau:ố ấ ề ạ  hình ch  nh t, hình tròn,  Anten này có th  đữ ậ ể ược ti p đi n b ng sóng d nế ệ ằ ẫ  

ph ng hay đẳ ường truy n vi d i, b c x  theo hai hề ả ứ ạ ướng hay trên c  hai m t c aả ặ ủ  khe [3]

Hinh 1. Các hình d ng anten khe m ch iǹ ạ ạ

3 Anten vi d i l ả ưỡ ng c c ự  

Anten vi d i lả ưỡng c c có hình d ng gi ng v i anten patch hình ch  nh tự ạ ố ớ ữ ậ  

nh ng khác nhau   t  s  L/W. Chi u r ng c a anten lữ ở ỉ ố ề ộ ủ ưỡng c c so v i anten patchự ớ  

thường bé h n 0.05 l n bơ ầ ước sóng trong không gian t  do.ự

Đ  th  b c x  c a anten vi d i lồ ị ứ ạ ủ ả ưỡng c c và anten patch vi d i gi ng nhauự ả ố  

nh ng có các đ c tính khác nhau nh : đi n tr  b c x , băng thông và b c xư ặ ư ệ ở ứ ạ ứ ạ phân c c chéo.ự

Anten vi d i lả ưỡng c c thích h p v i các  ng d ng t n s  cao do chúng sự ợ ớ ứ ụ ầ ố ử 

d ng mi ng đ  đi n môi có b  dày tụ ế ế ệ ề ương đ i nên đ t đố ạ ược băng thông đáng kể [3]

Hinh 1. Anten vi d i l̀ ả ưỡ ng c c ự

4 Anten vi d i sóng ch y ả ạ

d i d n đi n tu n hoàn ho c m t đả ẫ ệ ầ ặ ộ ường vi d i đ  dài và r ng đ  có th  h  trả ủ ộ ể ể ỗ ợ 

ch  đ  truy n TE. Trong đó, đ u c a anten đế ộ ề ầ ủ ược n i đ t và đ u còn l i đố ấ ầ ạ ượ  c

m c t i có đi n tr  đắ ả ệ ở ược ph i h p tr  kháng đ  tránh hi n tố ợ ở ể ệ ượng sóng đ ng trênứ  anten [3]

Hinh 1. Anten vi d i sóng ch ỳ ả ạ

4 Các k  thu t ti p đi n cho anten vi d iỹ ậ ế ệ ả

Hi n nay, các phệ ương pháp ph  bi n dùng đ  c p ngu n cho anten vi d iổ ế ể ấ ồ ả  là: c p ngu n s  d ng đấ ồ ử ụ ường truy n vi d i, probe đ ng tr c, ghép khe (aperture­ề ả ồ ụ

1.4.1 Ti p đi n s  d ng đ ế ệ ử ụ ườ ng truy n vi d i ề ả

Phương pháp ti p đi n b ng đế ệ ằ ường truy n vi d i đề ả ược s  d ng nhi uử ụ ề  

nh t trong môi trấ ường truy n d n là các m ch tích h p siêu cao t n. Đề ẫ ạ ợ ầ ườ  ngtruy n vi d i là c u trúc m ch in c p cao, bao g m m t d i d n đi n b ng đ ngề ả ấ ạ ấ ồ ộ ả ẫ ệ ằ ồ  

ho c kim lo i khác trên m t ch t n n cách đi n, m t kia c a t m đi n môi cũngặ ạ ộ ấ ề ệ ặ ủ ấ ệ  

được ph  đ ng g i là m t ph ng đ t. M t ph ng đ t là m t ph n x  do đóủ ồ ọ ặ ẳ ấ ặ ẳ ấ ặ ả ạ  

đường truy n vi d i có th  đề ả ể ược xem là đường truy n g m hai dây d n.ề ồ ẫ

Có hai tham s  chính là đ  r ng d i d n đi n W và chi u cao t m đi nố ộ ộ ả ẫ ệ ề ấ ệ  môi h. M t tham s  quan tr ng khác là h ng s  đi n môi tộ ố ọ ằ ố ệ ương đ i c a ch tố ủ ấ  

n n. Hai tham s  đôi khi có th  đề ố ể ược b  qua là đ  dày d i d n đi n t và đi nỏ ộ ả ẫ ệ ệ  

d n su t sigma.ẫ ấ

Hinh 1. Ti p đi n dùng đ̀ ế ệ ườ ng truy n vi d i ề ả 1.4.2 Ti p đi n b ng probe đ ng tr c ế ệ ằ ồ ụ

C p ngu n qua probe là m t trong nh ng phấ ồ ộ ữ ương pháp c  b n nh t đơ ả ấ ể truy n t i công su t cao t n. Phề ả ấ ầ ương pháp này, ph n lõi c a đ u feed đầ ủ ầ ược n iố  

v i patch, ph n ngoài n i v i m t ph ng đ t c a anten vi d i.ớ ầ ố ớ ặ ẳ ấ ủ ả

­ Khi c n c p ngu n trong thi t k  m ng s  đòi h i s  lầ ấ ồ ế ế ả ẽ ỏ ố ượng đ uầ  

n i tăng lên gây khó khăn cho vi c thi t k  và gi m đ  tin c y.ố ệ ế ế ả ộ ậ

­ Khi c n tăng băng thông c a anten đòi h i ph i tăng b  dày l p n nầ ủ ỏ ả ề ớ ề  

d n đ n b c x  rò và đi n c m c a probe tăng lên và tăng chi u dàiẫ ế ứ ạ ệ ả ủ ề  lõi cáp

  Hinh 1. Ti p đi n dùng cáp đ ng tr c̀ ế ệ ồ ụ 1.4.3 Ti p đi n b ng ph ế ệ ằ ươ ng pháp ghép khe (Aperture Coupling)

Phương pháp này cũng thường đượ ử ục s  d ng nh m lo i b  b c x  khôngằ ạ ỏ ứ ạ  

c n thi t c a đầ ế ủ ường vi d i. C u trúc g m hai l p đi n môi, patch đả ấ ồ ớ ệ ược đ t trênặ  cùng, m t ph ng đ t   gi a có m t khe h  nh , khe ghép luôn đ t dặ ẳ ấ ở ữ ộ ở ỏ ặ ưới và chính 

gi a b n kim lo i nh m gi m phân c c chéo do tính đ i x ng, đữ ả ạ ằ ả ự ố ứ ường ti p đi nế ệ  

Hinh 1. Ti p đi n dùng ph̀ ế ệ ươ ng pháp ghép khe

 Ưu đi m: thông thể ường l p đi n môi trên có h ng s  đi n môi th p h nớ ệ ằ ố ệ ấ ơ  

l p đi n môi dớ ệ ưới nên h n ch  b c x  không mong mu n.ạ ế ứ ạ ố

 Nhược đi m: phể ương pháp khó th c hi n do ph i làm nhi u l p, làm tăngự ệ ả ề ớ  

đ  dày c a anten. Phộ ủ ương pháp s  d ng cho băng h p.ử ụ ẹ

1.4.4 Ti p đi n b ng ph ế ệ ằ ươ ng pháp ghép g n (Proximity Coupling) ầ

B n ch t c a phả ấ ủ ương pháp là ghép đi n dung gi a đệ ữ ường c p ngu n vàấ ồ  patch. C u trúc này g m hai l p đi n môi, đấ ồ ớ ệ ường patch n m   mi ng đi n môiằ ở ế ệ  trên đường ti p đi n   gi a hai l p đi n môi.ế ệ ở ữ ớ ệ

Hinh 1. Ti p đi n b ng ph̀ ế ệ ằ ươ ng pháp ghép g n ầ

Anten patch hình ch  nh t là m t anten ph ng c  b n nh t, nó bao g mữ ậ ộ ẳ ơ ả ấ ồ  

m t phi n d n đi n b ng ph ng bên trên m t m t ph ng đ t. Có nhi u phộ ế ẫ ệ ằ ẳ ộ ặ ẳ ấ ề ươ  ngpháp ti p đi n cho anten, nh ng thông thế ệ ư ường ti p đi n b ng cáp đ ng tr c ho cế ệ ằ ồ ụ ặ  

đường truy n vi d i. Ph n ti p đi n đ a năng lề ả ầ ế ệ ư ượng đi n t  vào ho c ra kh iệ ử ặ ỏ  patch. 

Hinh 1. ̀ Anten patch hình ch  nh t ữ ậ

(a) Phân b  trố ường   mode c  b nở ơ ả

(c) Phân b  đi n áp (U), dòng (I) và tr  kháng (Z) theo chi u dài patchố ệ ở ềHình 12. a, đi n trệ ường b ng không   tâm patch, đ t c c đ i (dằ ở ạ ự ạ ương) ở 

m t c nh và đ t c c ti u (âm)   c nh đ i di n. Tuy nhiên s  bi n đ i gi a c cộ ạ ạ ự ể ở ạ ố ệ ự ế ổ ữ ự  

đ i và c c ti u x y ra liên t c do pha t c th i c a tín hi u đ t vào anten. Đi nạ ự ể ả ụ ứ ờ ủ ệ ặ ệ  

trường m  r ng ra c  bên ngoài m t phân gi i đi n môi­ không khí. Thành ph nở ộ ả ặ ớ ệ ầ  

đi n trệ ường m  r ng này đở ộ ược g i là trọ ường vi n (fringing field) và nó làm choề  patch b c x  M t s  phứ ạ ộ ố ương pháp phân tích anten vi d i ph  bi n d a trên kháiả ổ ế ự  

ni m h c c ng hệ ố ộ ưởng rò. Do đó, mode c  b n khi s  d ng lý thuy t hóc c ngơ ả ử ụ ế ộ  

hưởng là mode TM10

trường ngang, có 3 thành ph n, đó là: đi n trầ ệ ường theo hướng z, t  trừ ường theo 

hướng x và y trong h  t a đ  Đ  các, tr c x và y song song v i m t ph ng đ t,ệ ọ ộ ề ụ ớ ặ ẳ ấ  

tr c z vuông góc v i m t ph ng đ t. Giá tr  z h u nh  b  b  qua do s  bi n đ iụ ớ ặ ẳ ấ ị ầ ư ị ỏ ự ế ổ  

c a đi n trủ ệ ường theo tr c z coi nh  không đáng k  Do đó, kí hi u TMụ ư ể ệ nm ch  sỉ ự 

bi n đ i c a trế ổ ủ ường theo hướng x và y, s  bi n đ i c a trự ế ổ ủ ường theo hướng y không đáng k  nên m=0, trể ường bi n đ i ch  y u theo hế ổ ủ ế ướng x nên   mode cở ơ 

b n n=1.ả

Hình 12­ b,c th  hi n s  bi n đ i dòng (t  trể ệ ự ế ổ ừ ường) và đi n áp (đi nệ ệ  

trường) trên patch, dòng đ t c c đ i t i tâm patch và c c ti u g n các c nh tráiạ ự ạ ạ ự ể ầ ạ  

và ph i, trong khi đi n trả ệ ường b ng 0 t i tâm patch và đ t c c đ i g n c nh trái,ằ ạ ạ ự ạ ầ ạ  

c c ti u g n c nh ph i. T  biên đ  c a dòng áp ta có th  tìm đự ể ầ ạ ả ừ ộ ủ ể ược tr  kháng.ở  

Tr  kháng đ t c c tieru   gi a patch và c c đ i   g n hai c nh. Có m t đi mở ạ ự ở ữ ự ạ ở ầ ạ ộ ể  

n m   v  trí d c theo tr c x t i đó tr  kháng là 50 Ohm ta có th  đ t ti p đi n t iằ ở ị ọ ụ ạ ở ể ặ ế ệ ạ  đó

6 Nguyên lý b c x  anten vi d iứ ạ ả

L a ch n đ  đi n môi s  d ng có b  m t m ng và h  s  đi n môi tự ọ ế ệ ử ụ ề ặ ỏ ệ ố ệ ươ  ng

đ i cao giúp b c x  anten vi d i t t h n v i hi u su t b c x  cao h n. Vì th ,ố ứ ạ ả ố ơ ớ ệ ấ ứ ạ ơ ế  trong m t anten vi d i, ngộ ả ười ta s  d ng các n n đi n môi có h  s  t  th mử ụ ề ệ ệ ố ừ ẩ  

th p. B c x  anten vi d i có th  đấ ứ ạ ả ể ược xác đ nh t  phân b  trị ừ ố ường gi a patch vàữ  

m t ph ng đ t hay dặ ẳ ấ ướ ại d ng phân b  dòng đi n m t trên b  m t c a patch.ố ệ ặ ề ặ ủ  

Xem anten vi d i nh  m t m ng g m hai khe b c x  h p, m i khe cóả ư ộ ả ồ ứ ạ ẹ ỗ  chi u r ng W, chi u cao h và cách nhau m t kho ng Lề ộ ề ộ ả , trường b c x  anten viứ ạ  

d i chính là t ng trả ổ ường b c x  t  hai ph n t  m ng, trong đó m i ph n t  bi uứ ạ ừ ầ ử ả ỗ ầ ử ể  

di n cho m t khe. Khi hai khe gi ng nhau ta có th  tính trễ ộ ố ể ường t ng c ng b ngổ ộ ằ  cách dùng h  s  m ng cho hai khe.ệ ố ả

Trường đi n vùng xa b c x  b i m i khe đệ ứ ạ ở ỗ ược tính theo m t đ  dòngậ ộ  

tương đương nh  sau:ư

(1-1)

(1-2) (1-3)

 Khi chi u cao r t nh  (k ề ấ ỏ 0 h <<1), công th c trên đ ứ ượ c rút g n còn:  ọ

(1-5)

Trong đó V 0  = hE 0  là đi n áp qua khe ệ

kho ng cách ả L e d c theo họ ướng y là :

Đ i v i anten vi d i, m t ph ng ố ớ ả ặ ẳ x­y () là m t ph ng I chính và trong m tặ ẳ ặ  

ph ng này trẳ ường b c x    công th c trên tr  thành:ứ ạ ở ứ ở

1.7.1 Mô hình đ ườ ng truy n (Transmission line) ề

Anten vi d i hình ch  nh t có hình d ng v t lý b t ngu n t  đả ữ ậ ạ ậ ắ ồ ừ ường truy nề  

vi d i, nh ng anten lo i này có th  đả ữ ạ ể ược mô hình nh  m t ph n c a đư ộ ầ ủ ườ  ngtruy n sóng. Mô hình đề ường truy n sóng là m t trong nh ng mô hình tr c quanề ộ ữ ự  

nh t trong phân tích anten vi d i và nó tấ ả ương đ i chính xác v i l p đi n môiố ớ ớ ệ  

m ng. Mô hình đỏ ường truy n sóng r t đ n gi n và h u ích trong vi c xem xétề ấ ơ ả ữ ệ  

ho t đ ng c  b n c a anten vi d i. Mô hình này xem anten vi d i nh  m t m ngạ ộ ơ ả ủ ả ả ư ộ ả  

g m hai khe b c x  h p, m i khe có chi u r ng W, chi u cao h và cách nhau m tồ ứ ạ ẹ ỗ ề ộ ề ộ  kho ng L [2].ả

H u h t các đầ ế ường s c đi n trứ ệ ường   trong l p n n và ph n c a m t sở ớ ề ầ ủ ộ ố 

đường n m   ngoài không khí. Khi L/h>>1, >>1, nh ng đằ ở ữ ường s c đi n t p trungứ ệ ậ  

đa ph n trong l p n n đi n môi. H ng s  đi n môi hi u d ng dầ ớ ề ệ ằ ố ệ ệ ụ ượ ử ục s  d ng để 

hi u ch nh các  nh hệ ỉ ả ưởng c a hi u  ng vi n đ i v i sóng trên đủ ệ ứ ề ố ớ ường truy n.ề

Gi  s  tâm d n c a đả ử ẫ ủ ường truy n vi d i v i kích thề ả ớ ước và chi u cao trênề  

m t ph ng đ t ban đ u c a nó đặ ẳ ấ ầ ủ ược đ a vào m t l p đi n môi đ ng nh t. H ngư ộ ớ ệ ồ ấ ằ  

s  đi n môi hi u d ng là hàm c a t n s , khi t n s  ho t đ ng tăng, h u h t cácố ệ ệ ụ ủ ầ ố ầ ố ạ ộ ầ ế  

đường s c đi n trứ ệ ường t p trung trong l p n n đi n môi. Vì v y đậ ớ ề ệ ậ ường truy nề  

vi d i g n gi ng v i đả ầ ố ớ ường truy n đ t trong đi n môi đ ng nh t có h ng sề ặ ệ ồ ấ ằ ố 

đi n môi hi u d ng ti n t i giá tr  h ng s  đi n môi n n.ệ ệ ụ ế ớ ị ằ ố ệ ề

 t n s  th p, h ng s  đi n môi hi u d ng là 

h ng s  đi n môi hi u d ng càng ti n t i giá tr  h ng s  đi n môi c a ch t n n.ằ ố ệ ệ ụ ế ớ ị ằ ố ệ ủ ấ ề

H ng s  đi n môi hi u d ng đằ ố ệ ệ ụ ược tính theo công th c sau:ứ

(1-11)

 Chi u dài hi u d ng,  t n s  c ng h ề ệ ụ ầ ố ộ ưở ng và chi u r ng hi u d ng ề ộ ệ ụ

Trong m t ph ng Oxy do hi u  ng vi n, kích thặ ẳ ệ ứ ề ước patch c a anten vi d iủ ả  

v  m t đi n l n h n so v i kích thề ặ ệ ớ ơ ớ ước v t lý. Do đó chi u dài đi n c a patchậ ề ệ ủ  

vượt so v i chi u dài v t lý m t kho ng L v  m i phía và đớ ề ậ ộ ả ề ỗ ược tính theo công 

th c:ứ

(1-12)

Khi đó, chi u dài c a patch lúc này s  là:   ề ủ ẽ

Hinh 1. Chi u dài t m patch đ̀ ề ấ ượ c m  r ng v  hai phía ở ộ ề

Gi  s , mode  u th  là TMả ử ư ế 010 t n s  c ng hầ ố ộ ưởng c a anten vi d i là hàmủ ả  

H  s  q là h  s  suy gi m chi u dài. Khi đ  dày l p n n đi n môi tăng,ệ ố ệ ố ả ề ộ ớ ề ệ  

hi u  ng vi n tăng d n đ n s  khác bi t gi a nh ng b c x  rìa và các t n sệ ứ ề ẫ ế ự ệ ữ ữ ứ ạ ầ ố 

c ng hộ ưởng th p h n.ấ ơ

 Đi n d nệ ẫ

Anten g m hai khe b c x , m i khe đồ ứ ạ ỗ ược di n t  b i m t d n n p Y (v iễ ả ở ộ ẫ ạ ớ  

đi n d n G và đi n n p B),trong đó cho m t khe v i b  r ng h u h n:ệ ẫ ệ ạ ộ ớ ề ộ ữ ạ

Do đó, đi n d n G có th  đ ệ ẫ ể ượ c bi u di n l i: ể ễ ạ

(1-20)

 Tr  kháng vào t i t n s  c ng h ở ạ ầ ố ộ ưở ng

Do hi u  ng vi n kho ng cách hai khe <, d n n p c a khe 2 là:ệ ứ ề ả ẫ ạ ủ

(1-21)

D n n p và tr  kháng vào t i c ng h ẫ ạ ở ạ ộ ưở ng là:

(1-22) (1-23)

Trong th c t , hai khe có s   nh h ự ế ự ả ưở ng qua l i l n nhau bi u di n b i đi n d n t ạ ẫ ể ễ ở ệ ẫ ươ   ng

h   do đó: ỗ

(1-24)

V i d u “+” t ớ ấ ươ ng  ng v i các mode l , V i d u “­” t ứ ớ ẻ ớ ấ ươ ng  ng v i các mode ch n ứ ớ ẵ

(1-25)

Hàm  là hàm Bessel lo i 1 b c không ạ ậ

Hình bi u di n thay đ i v  trí đi m feed và tr  kháng chu n hóa ngõ vàoể ễ ổ ị ể ở ẩ  khi đi m feed d ch chuy n  theo tr c y d c theo để ị ể ụ ọ ường truy n:ề

Hinh 1. Thay đ i v  trí đi m feed đ  có tr  kháng vào phù h p̀ ổ ị ể ể ở ợ

V i đớ ường feed vi d i có tr  kháng đ c tính ả ở ặ

S  phân b  đi n tích đự ổ ệ ược đi u khi n b i hai c  ch  hút và đ y. C  chề ể ở ơ ế ẩ ơ ế hút là các đi n tích trái d u dệ ấ ưới cùng c a mi ng patch và m t ph ng đ t có xuủ ế ặ ẳ ấ  

hướng gi  nguyên m t đ  đi n tích. C  ch  đ y là gi a các đi n tích trên m tữ ậ ộ ệ ơ ế ẩ ữ ệ ặ  

đ y c a mi ng patch đ y m t s  đi n tích t  dấ ủ ế ẩ ộ ố ệ ừ ưới cùng c a patch, xung quanhủ  các c nh lên m t trên c a t m patch. S  d ch chuy n này t o ra các m t đ  dòngạ ặ ủ ấ ự ị ể ạ ậ ộ  

tương  ng là Jb và Jt t i m t dứ ạ ặ ưới và m t trên c a patch.ặ ủ

Th c t , anten vi d i có t  s  h/W r t nh  nên c  ch  hút tr i h n và h uự ế ả ỉ ố ấ ỏ ơ ế ộ ơ ầ  

h t đi n tích t p trung   m t dế ệ ậ ở ặ ưới mi ng patch. M t lế ộ ượng nh  dòng ch y xungỏ ả  quanh các c nh c a patch v i b  m t trên cùng c a nó, dòng ch y gi m khi t  lạ ủ ớ ề ặ ủ ả ả ỉ ệ h/W gi m, lý tả ưởng khi dòng này b ng 0 và s  không t o ra t  trằ ẽ ạ ừ ường ti p tuy nế ế  

v i c nh c a patch, cho phép 4 c nh bên đớ ạ ủ ạ ược mô hình hóa thành các b  m t d nề ặ ẫ  

t  hoàn h o.ừ ả

Do đ  dày c a vi d i r t m ng, các sóng độ ủ ả ấ ỏ ượ ạc t o ra bên trong c a l pủ ớ  

n n đi n môi b  ph n x  m nh khi đ n c nh c a patch, ch  có s t ít năng lề ệ ị ả ạ ạ ế ạ ủ ỉ ố ượ  ng

t i đớ ược b c x , hi u qu  anten th p. Vì đ  dày c a l p n n r t nh , có thứ ạ ệ ả ấ ộ ủ ớ ề ấ ỏ ể xem trường d c theo chi u cao là không đ i, trọ ề ổ ường dò d c theo c nh patch cũngọ ạ  

r t nh , do đó đi n trấ ỏ ệ ường E g n nh  vuông góc v i b  m t t m patch. Ch  cóầ ư ớ ề ặ ấ ỉ  

trường TM (t  ngang) đừ ược xét bên trong h c, m t trên và đáy là d n đi n hoànố ặ ẫ ệ  

h o, 4 c nh tả ạ ường xung quanh xem nh  các tư ường d n t  hoàn h o [2].ẫ ừ ả

Hinh 1. Mô hình h c c ng h̀ ố ộ ưở ng

Các trường bên trong h c c ng hố ộ ưởng được bi u di n b i hàm vô hể ễ ở ướ  ng

Ax thành ph n theo tr c x c a vector t  th  Aầ ụ ủ ừ ế x thõa mãn phương trình sóng đ ngồ  

nh t:ấ

Gi i ph ả ươ ng trình vi phân trên ta đ ượ c nghi m t ng quát: ệ ổ

A x  = [A 1 cos(k x x) + B 1 sin(k x x)][A 2 cos(k y y) + B 2 sin(k y y)]

[ A 3 cos(k z z) + B 3 sin(k z z)]

Mode v i t n s  c ng h ớ ầ ố ộ ưở ng th p nh t là mode  u th , thông th ấ ấ ư ế ườ ng L>W nên mode  

v i t n s  c ng h ớ ầ ố ộ ưở ng th p nh t là mode : ấ ấ

(1-36)

Mode   là mode đ ượ c xét trong mô hình truy n d n. S  phân b  c a m t s  mode b c ề ẫ ự ố ủ ộ ố ậ  

th p đ ấ ượ c cho nh  hình d ư ướ i: