Khảo sát các phương án cấu trúc anten planar cho hệ thống uwb

DANH SÁCH HÌNH VẼ & BẢNG BIỂU Hình 1.1 Phổ của hệ thống UWB và một số hệ thống khác Hình 1.2 Kết nối các thiết bị sử dụng UWB Hình 1.3 Các thiết bị Dual-role kết nối trực tiếp với nhau

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CÔNG TRÌNH ĐƯỢC HOÀN THÀNH TẠI TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA –ĐHQG -HCM

Cán bộ hướng dẫn khoa học :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 1 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Cán bộ chấm nhận xét 2 :

(Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị và chữ ký) Luận văn thạc sĩ được bảo vệ tại Trường Đại học Bách Khoa, ĐHQG Tp HCM ngày tháng năm

Thành phần Hội đồng đánh giá luận văn thạc sĩ gồm: (Ghi rõ họ, tên, học hàm, học vị của Hội đồng chấm bảo vệ luận văn thạc sĩ) 1

2

3

4

5

Xác nhận của Chủ tịch Hội đồng đánh giá LV và Trưởng Khoa quản lý chuyên ngành sau khi luận văn đã được sửa chữa (nếu có)

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HCM

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM Độc lập - Tự do - Hạnh phúc

NHIỆM VỤ LUẬN VĂN THẠC SĨ Họ tên học viên: NGUYỄN THÀNH TÍN MSHV: 12140048

Ngày, tháng, năm sinh: 20/04/1986 Nơi sinh: Bạc Liêu Chuyên ngành: Kỹ Thuật Điện Tử Mã số : 60 52 70 I TÊN ĐỀ TÀI: KHẢO SÁT CÁC PHƯƠNG ÁN CẤU TRÚC ANTEN PLANAR

II NHIỆM VỤ VÀ NỘI DUNG:

III NGÀY GIAO NHIỆM VỤ : (Ghi theo trong QĐ giao đề tài)

IV NGÀY HOÀN THÀNH NHIỆM VỤ: (Ghi theo trong QĐ giao đề tài)

V CÁN BỘ HƯỚNG DẪN (Ghi rõ học hàm, học vị, họ, tên):

Tp HCM, ngày tháng năm 2013

CÁN BỘ HƯỚNG DẪN

(Họ tên và chữ ký)

CHỦ NHIỆM BỘ MÔN ĐÀO TẠO

(Họ tên và chữ ký)

TRƯỞNG KHOA ĐIỆN ĐIỆN TỬ

(Họ tên và chữ ký)

LỜI CẢM ƠN

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất đến cô Phan Hồng Phương cô đã tận tình hướng dẫn và hỗ trợ em rất nhiều trong luận văn Với sự dẫn dắt định hướng , cách làm việc khoa học giúp em có thể hoàn thành luận văn cao học ở trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM

Em cũng xin cảm ơn thầy cô trường ĐH Bách Khoa Tp.HCM đã truyền đạt cho em những kiến thức nền tảng để làm việc và thực hiện đề tài này

Cuối cùng con xin gửi tới cha mẹ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc, đã luôn ủng hộ

và động viên con trong cuộc sống

Tôi xin cảm ơn những người bạn đã cùng tôi học tập và trao đổi những kinh nghiệm trong cuộc sống cũng như trong học tập để góp phần hoàn thành tốt luận văn này

Tp Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2014

Học viên

Nguyễn Thành Tín

TÓM TẮT LUẬN VĂN

Khảo sát các phương án cấu trúc anten planar UWB tiêu biểu: antenna Monopole hình chữ nhật, antenna Monopole tròn Một vài băng tần ở các công nghệ băng hẹp đã được cấp phát trong khoảng tần số UWB, như LAN không dây ở tần số 5.2 GHz (5150 MHz – 5350 MHz) và 5.8 GHz (5725 MHz – 5825 MHz), có khả năng giao thoa với hệ thống UWB Do đó trong việc khảo sát các phương án cấu trúc đặc tính Band–Notched trong Anten Planar, để làm giảm giao thoa không mong muốn từ các hệ thống LAN không dây đang được chú ý

Và trong bài luận văn này tiến hành chế tạo và khảo sát các anten UWB có tính năng này, bằng cách chèn khe cộng hưởng băng hẹp trong cấu trúc hình học phẳng của anten Qua những cấu trúc khảo sát nhận xét và rút ra nguyên tắc Band-Notch băng tần 5-6GHz dựa vào lý thuyết cơ bản

ABSTRACT

Survey plans UWB planar antenna structure typical Monopole Antenna rectangular, circular Monopole antennas A few bands in narrowband technologies have been issued within the UWB frequency range, such as wireless LAN at 5.2 GHz frequency (5150 MHz - 5350 MHz) and 5.8 GHz (5725 MHz - 5825 MHz), it is likely interference with UWB systems Therefore, in examining the structure plan features in Band-Notched Planar Antennas, to reduce unwanted interference from wireless LAN systems are being noticed And in this essay to begin production and UWB antennas survey this feature by inserting a narrowband resonance slit in the flat structure of the antenna geometry Through the survey commented structure and principles drawn Band-Notch 5-6GHz band based on the basic theory

LỜI CAM ĐOAN

Tôi cam đoan các kết quả đề tài thực hiện chưa từng công bố trong bất kỳ công trình khoa học trước đây

Người cam đoan

Nguyễn Thành Tín

MỤC LỤC

Trang bìa i

Trang phụ ii

Nhiệm vụ luận văn iii

Lời cảm ơn iv

Tóm tắt luận văn vi

Lời cam đoan vii

Mục lục viii

Danh sách hình vẽ & bảng biểu x

Danh sách các từ viết tắt xiii

CHƯƠNG 1 : Mở đầu 1

1.1.Động lực thực hiện đề tài 1

1.2 Đặc điểm UWB 2

1.3 Ứng dụng UWB 2

1.4 Mục tiêu đề tài 5

1.5 Phương pháp nghiên cứu 6

1.5.1 Hướng tiếp cận về anten vi dải 6

1.5.2 Thiết kế các thành phần cơ bản 7

1.5.3 Thiết kế thành phần cấp nguồn 8

1.5.4 Quá trình thiết kế anten 11

Chương 2 : Khái quát công nghệ UWB 12

2.1 Giới thiệu 12

2.2 Lịch sử 12

2.3 Tín hiệu UWB 13

2.4 Các chuẩn qui định 14

2.4.1 Thiết bị thông tin 14

2.4.2 Imaging devices 14

2.4.3 Hệ thống radar giao thông 15

CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ ANTEN 16

3.1 Lý thuyết chung về anten: 16

3.1.1 Giới thiệu: 16

3.1.2 Đặc tính bức xạ điện từ của anten 17

3.2 Các tham số cơ bản của anten 18

3.2.1 Đồ thị bức xạ (Radiation pattern) 19

3.2.2 Búp sóng (Lobe) 21

3.2.3 Cường độ bức xạ (Radiation Intensity) 25

3.2.4 Độ định hướng (Directional) 25

3.2.5 Hiệu suất của anten 26

3.2.6 Độ lợi (Gain) 27

3.2.7 Dải thông của anten (FBW – Frequency Bandwidth) 27

3.2.8 Trở kháng vào 28

3.2.9 Sự Phân cực 29

CHƯƠNG IV: CÔNG NGHỆ ANTEN VI DẢI 30

4.1 Các hình dạng cơ bản của anten vi dải 30

4.2 Các đặc tính của anten vi dải 31

4.3 Băng thông của MSA 32

4.4 Nguyên lý bức xạ của anten vi dải 33

4.5 Trường bức xạ của anten vi dải 36

CHƯƠNG V KHẢO SÁT CÁC PHƯƠNG ÁN CẤU TRÚC ATNEN PLANAR CHO HỆ THỐNG UWB 38

5.1 Khảo sát anten có patch hình lục giác 38

5.1.1 Giới thiệu 38

5.1.2 Cấu trúc anten và phân tích 38

5.1.3 Cải tiến cấu trúc Anten 40

5.1.4 Kết quả 41

5.2 Khảo sát Anten có Patch elip 42

5.2.1 Giới thiệu 42

5.2.2 Thiết kế Anten 43

5.2.3 Kết quả và phân tích 44

5.3 Khảo sát anten có Patch hình vòng cung 48

5.3.1 Giới thiệu 48

5.3.2 Thiết kế anten UWB 48

5.3.3 Kết quả 56

5.4 Rút ra nhận xét chung qua 3 công trình khảo sát 57

Chương VI :KHẢO SÁT, MÔ PHỎNG VÀ THIẾT KẾ ANTEN PLANAR CHO HỆ THỐNG UWB 58

6.1 Thực hiện khảo sát Anten patch hình chữ nhật 58

6.1.1 Anten patch hình chữ nhật 58

6.1.2 Thiết kế Anten Planar được Band-Notch 61

6.1.3 Thi công và đo đạc 70

6.2 Thực hiện khảo sát Anten patch hình tròn 73

6.2.1 Anten patch hình tròn 73

6.1.2 Thiết kế Anten Planar được Band-Notch 75

6.2.3 Thi công và đo đạc 84

6.3 Thực hiện khảo sát Anten patch hình lục giác 86

6.2.1 Anten patch hình lục giác 86

6.1.2 Thiết kế Anten Planar được Band-Notch 87

6.2.3 Thi công và đo đạc 95

6.4 Kết quả đo 98

Chương VII : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 99

7.1 Kết quả và kết luận 99

7.1.1 Kết quả đạt được 99

7.1.2 Kết luận 99

7.2 Hướng phát triển đề tài 100

TÀI LIỆU THAM KHẢO 101

LÝ LỊCH KHOA HỌC TRÍCH NGANG 103

DANH SÁCH HÌNH VẼ & BẢNG BIỂU

Hình 1.1 Phổ của hệ thống UWB và một số hệ thống khác

Hình 1.2 Kết nối các thiết bị sử dụng UWB

Hình 1.3 Các thiết bị Dual-role kết nối trực tiếp với nhau theo WUSB

Hình 1.4 Các radar chống trộm, tránh xung đột và đo độ chính xác cao

Hình 1.5 Anten vi dải

Hình 1.6 Cấp nguồn đường truyền vi dải

Hình 1.7 Cấp nguồn đường truyền CPW

Hình 1.8 : Lưu đồ quá trình thiết kế anten

Hình 2.1 Lịch sử phát triển công nghệ UWB

Hình 2.2 Miền tần số

Hình 2.3 Giới hạn phát UWB cho thiết bị cầm tay ngoài trời

Hình 2.4 Giới hạn phát UWB cho Imaging devices

Hình 2.5 Giới hạn phát UWB cho hệ thống radar xe

Hình 3.1: Phát xạ của một anten

Hình 3.2 Hệ thống tọa độ để phân tích anten

Hình 3.3 Giản đồ bức xạ vô hướng của một anten

Hình 3.4 Giản đồ bức xạ trong mặt phẳng E và mặt phẳng H cho anten loa

Hình 4.1: Các dạng anten vi dải thông dụng

Hình 4.2: Phân bố điện tích và dòng điện trong anten vi dải hình chữ nhật

Hình 4.3: Mô hình hốc cộng hưởng anten vi dải

Hình 4.4 Dòng tương đương tại hai khe bức xạ

Hình 5.1 Cấu trúc Anten

Hình 5.2 Mạch tương đương

Hình 5.3 Mô phỏng đường cong trở kháng của Anten

Hình 5.4 Tiến trình cải tiến

Hình 5.5 VSWR của Anten ban đầu, Anten I, Anten II (a) mô phỏng, (b) đo đạc Hình 5.6 Phân bố dòng Anten tại (a) 3.5GHz và (b) 5.5GHz

Hình 5.7 Đo đạc và mô phỏng VSWR

Hình 5.8 (a) mô phỏng, (b) đo đạc đồ thị bức xạ tại tần số 4.5GHz, 6.5GHz,10GHz

Hình 5.9 Hình dạng Anten UWB mạch in với Dual Band- Notch

Hình 5.10: Đo đạc và mô phỏng |S

Hình 5.11 Phân bố dòng và khái niệm mô hình mạch cho Anten với khe vòng cung Hình 5.12 Phân bố bề mặt dòng và mô hình mạch cho Anten

Hình 5.13 Mô phỏng |S11| của Anten

Hình 5.14 Đồ thị bức xạ của Anten tại (a) 4GHz, (b)7GHz, (c)10GHz

Hình 5.15 Tiến hành cải tiến Anten

Hình 5.16 Hệ số phản xạ S11

Hình 5.17 Anten A

Hình 5.18 Anten B

Hình 5.19 Mô phỏng kết quả VSWR của Anten B so sánh với Anten A

Hình 5.20 Phân bố dòng tại các tần số khác nhau

Hình 5.21 Phân bố dòng chảy quanh khe U tại tần số notch 5.5GHz

Hình 5.22 Mô phỏng VSWR cho các giá trị khác nhau

Hình 5.23 Mô phỏng VSWR cho các giá trị khác nhau

Hình 5.24 Mô phỏng VSWR cho các giá trị khác nhau

Hình 5.25 Mô phỏng độ lợi Anten B

Hình 5.26 Mô hình trở kháng cho các phần tử bức xạ của Anten A

Hình 5.27 Mô hình trở kháng cho các phần tử bức xạ của Anten B

Hình 5.28 : Đồ thị bức xạ

Hình 6.1 Cấu trúc Anten chưa Band-Notch

Hình 6.2 Đồ thị S11 chưa Band-Notch

Hình 6.3 Đồ thị khu trường xa dạng 3D tại các dải tần

Hình 6.4 Hình dạng Anten planar được Band-Notch

Hình 6.15 Cho thấy Anten được thi công đúng với kích thước đã nêu và đồng thời

được so sánh với đồng xu

Hình 6.16 a) Hình chụp từ camara, b) File hình S11 lấy ra từ máy đo

Hình 6.17 Thể hiện kết quả mô phỏng và kết quả đo đạc S11

Hình 6.18 Anten có Patch hình tròn

Hình 6.19: Anten có Patch tròn (a) Mặt trước, (b) Mặt sau

Hình 6.20 Kết quả mô phỏng VSWR

Hình 6.21 Hình dạng Anten planar được Band-Notch a)Mặt trước ; b)Mặt sau Hình 6.22 Phân bố dòng tại tần số 5.5GHz

Hình 6.29 Hiệu suất bức xạ anten

Hình 6.30 Thể hiện độ lợi của Anten

Hình 6.31 Anten được thi công đúng với kích thước đã nêu và đồng thời được so

sánh với đồng xu mặt trước và mặt sau

Hình 6.32 a) Hình chụp từ camara, b) File hình S11 lấy ra từ máy đo

Hình 6.33 Thể hiện kết quả mô phỏng và kết quả đo đạc S11 thực tế

Hình 6.34 Anten có Patch hình lục giác

Hình 6.35 Hình dạng anten được Band-Notch

Hình 6.43 Hiệu suất bức xạ anten

Hình 6.44 Thể hiện độ lợi của Anten

Hình 6.45 Anten được thi công đúng với kích thước đã nêu

Hình 6.46 a) Hình chụp từ camara, b) File hình S11 lấy ra từ máy đo

Hình 6.47 Thể hiện kết quả mô phỏng và kết quả đo đạc S11 thực tế trên cùng một

đồ thị

DANH SÁCH CÁC TỪ VIẾT TẮT

UWB Ultra-Wide Band

WIFI Wireless Fidelity

CMS Communications & Measurement System

EIRP Equivalent Isotropically Radiated Power

RFID Radio Frequency IDentification

WLAN Wireless Local Area Network

WPAN Wireless Personal Area Network

CHƯƠNG 1 : Mở đầu 1.1.Động lực thực hiện đề tài

Công nghệ Ultra – Wide Band (UWB) là công nghệ khá mới trong truyền thông hiện nay UWB là kỹ nghệ vô tuyến truyền dữ liệu với tốc độ cao ở khoảng cách ngắn, băng thông rộng và công suất thấp UWB truyền nhận thông tin nhờ việc sử dụng hàng triệu xung cực hẹp (độ rộng khoảng vài trăm) trong mỗi giây Kỹ thuật UWB được bắt đầu sử dụng từ khoảng 20 năm trở lại đây, đầu tiên UWB chỉ được sử dụng cho các mục đích quân sự như các ứng dụng radar dò tìm vật thể…… Từ 14-2-2002, FCC (Federal Communication Commission) đã cho phép sử dụng UWB trong dải tần từ 3.1GHz – 10.6GHz cho các mục đích dân sự Ngày nay, kỹ thuật UWB được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực thông tin liên lạc Nhờ đó các ứng dụng của UWB ngày càng mở rộng

và phát triển

Hệ thống truyền thông không dây đã phát triển đáng kể trong những năm vừa qua Sự bùng nổ tăng trưởng của thị trường truyền thông không dây được dự kiến sẽ tiếp tục trong tương lai, khi nhu cầu về tất cả các loại hình dịch vụ không dây ngày nay càng tăng Thế hệ mới của các hệ thống phát thanh không dây, điện thoại di động nhằm mục đích cung cấp dữ liệu linh hoạt (bao gồm cả tốc độ

dữ liệu cao, trung bình và thấp) và rất nhiều ứng dụng (như video, dữ liệu,…) cho người sử dụng các thiết bị truyền thông không dây Tuy nhiên, mục tiêu này phải thực hiện trong hạn chế của các tài nguyên giới hạn sẵn có như phổ tần và công suất Khi ngày càng nhiều thiết bị không dây, công nghệ trong tương lai sẽ phải đối mặt với phổ lấn át và cùng song song tồn tại với các thiết bị không dây hiện có sẽ là một vấn đề lớn Vì vậy, việc xem xét băng thông hạn chế làm sao

có thể đáp ứng được nhu cầu dung lượng và tốc độ dữ liệu cao hơn là một nhiệm

vụ đầy thách thức, đòi hỏi công nghệ tiên tiến có thể cùng tồn tại với các thiết bị hoạt động ở băng tần số khác nhau

Hơn nữa, các thiết bị di động hiện đang ngày càng trở nên nhỏ gọn hơn

Để thỏa mãn nhu cầu thu nhỏ các thiết bị di động, anten gắn trên các thiết bị đầu cuối cũng phải được thu nhỏ kích thước Các anten phẳng, chẳng hạn như anten

vi dải (microstrip antenna) và anten mạch in (print antenna), có các ưu điểm hấp dẫn như kích thước nhỏ và dễ gắn lên các thiết bị đầu cuối,… Sẽ là lựa chọn thỏa mãn yêu cầu thiết kế nói trên

Cũng với các lí do trên, kỹ thuật thiết kế anten phẳng băng rộng đã thu hút rất nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu anten Đề tài khảo sát các phương án cấu trúc anten planar UWB Đưa ra một số cấu trúc hình học cơ bản của anten tiêu biểu như hình tròn và hình chữ nhật để nghiên cứu sự thay đổi cấu trúc ảnh hưởng đến băng tần, dựa vào lý thuyết về cộng hưởng và phản cộng hưởng.Và thiết kế thi công cấu trúc anten

Các ưu thế và khả năng phát triển của UWB là rõ ràng Do đó, việc tiếp tục tìm hiểu, nghiên cứu và phát triển rộng rãi các ứng dụng công nghệ UWB là cần thiết Trong các ứng dụng UWB thì vai trò của mạch thu phát UWB đóng vai trò quyết định đến chất lượng hoạt động của ứng dụng Việc thiết kế các

phần tử anten điều khiển được trong mạch thu phát nhằm thỏa mãn các yêu cầu

về tần số hoạt động, công suất và hướng bức xạ đang được tập trung nghiên cứu nhằm chế tạo các anten có chi phí thấp, hình dạng gọn, có tính năng linh động

và dễ điều khiển Đặc biệt là việc khảo sát quy trình chế tạo anten nhằm đánh giá các ảnh hưởng của các tác động do điều kiện chế tạo dẫn đến sự không chính xác trong kết quả hoạt động thực tế của anten so với lý thuyết để đưa ra các giải

pháp khắc phục và tối ưu sản phẩm

1.2 Đặc điểm UWB

Hệ thống thông tin dựa trên nguyên tắc phát xung (Impulse radio) cũng như các hệ thống radar xung (impulse radar) đều sử dụng những xung rất hẹp (vài trăm ps) Do đó sẽ tạo ra tín hiệu có phổ vô cùng rộng (ultra – wideband spectrum) Và kỹ thuật điều chế sử dụng cho các hệ thống này là: Điều chế vị trí xung (Pulse Position Modulation – PPM) Các tín hiệu UWB là các tín hiệu ở bộ xung tương đối khó Tuy nhiên nhờ mật độ công suất nhỏ mà các tín hiệu UWB

sẽ chống được hiện tượng giao thoa (interference) Đây là trở ngại lớn trong hệ thống thông tin băng hẹp UWB có đặc điểm khác có hệ thống thông tin khác là: băng thông rất rộng và được truyền dưới dạng không sóng mang (carrierless)

Băng thông của hệ thống UWB lớn hơn rất nhiều băng thông của các hệ thống hiện tại sử dụng trong thông tin liên lạc UWB là tín hiệu có băng thông tỷ

lệ chiếm 20% của tần số trung tâm hoặc băng thông tối thiểu 500MHz bất kể băng thông tỷ lệ

Hình 1.1 Phổ của hệ thống UWB và một số hệ thống khác

Các tín hiệu UWB là tín hiệu giống nhiễu (Noiselike) Do đó, việc nhận

và tách tín hiệu ở bộ thu tương đối khó Tuy nhiên nhờ mật độ công suất nhỏ mà tín hiệu UWB sẽ chống được hiện tượng giao thoa, đây là khó khăn lớn nhất trong hệ thống thông tin băng hẹp Do phụ thuộc vào độ rộng và hình dạng của xung, băng thông của tín hiệu có thể đạt được vài trăm MHz đến vài GHz trong khi đối với các hệ thống khác, băng thông thường nhỏ hơn 10% tần số trung tâm

Ba loại hệ thống ứng dụng UWB là: các hệ thống truyền thông và đo đạc, các hệ thống chụp ảnh và các hệ thống rada giao thông

 Các mạng WPAN (Wireless Personal Area Network): Đây là lĩnh vực ứng dụng chủ yếu của UWB Được hiểu là mạng vô tuyến trong nhà WPAN kết nối trong một khoảng cách ngắn (thường là

từ 10-20m) giữa các thiết bị di động, các thiết bị truyền thông Chúng cho phép truyền thông video và audio thời gian thực chất lượng cao, truyền file giữa các hệ thống lưu trữ, thay thế dây cáp cho các hệ thống với các thiết bị toàn số trong tương lai gần Một điểm khác nữa là tất cả các thiết bị có thể được kết nối tốc độ cao với nhau qua giao diện vô tuyến Nó kết nối tất cả các loại thiết bị

đa dạng như: các PDA, máy di động, TV, tủ lạnh, máy tính và tất

cả các bộ cảm biến đồng thời các thiết bị này có thể biết được vị trí của các thiết bị khác do khả năng định vị của tín hiệu UWB Điều này mở ra một loạt các khả năng áp dụng các dịch vụ mới Chẳng hạn như điều khiển từ xa từ thiết bị di động các ứng dụng trong nhà hay hệ thống an ninh thực hiện nhận diện và mở cửa cho bạn v.v Do đó, kĩ thuật UWB phát triển có thể xây dựng lớp vật lí đầy hứa hẹn cho các hệ thống WPAN do đặc điểm tốc độ cao trên khoảng cách ngắn, với giá thấp, công suất thấp và tỉ lệ thời gian chiếm thấp

Hình 1.2 Kết nối các thiết bị sử dụng UWB

 Mạng cảm biến (sensor network): Mạng cảm biến bao gồm một số lượng lớn các trạm trên vùng một nào đó Các trạm có thể cố định,

ví dụ triển khai để theo dõi tình trạng ô nhiễm; hoặc di động, nếu được trang bị cho binh lính, lính cứu hỏa, hoặc robot trong quân đội và trong giải quyết các tình trạng khẩn cấp Yêu cầu quan trọng cho mạng cảm biến vận hành trong các điều kiện khó khăn trên là giá thành rẻ, tiêu tốn ít năng lượng, và đa chức năng Các

hệ thống truyền thông UWB tốc độ cao cho phép thu thập, phân phối và trao đổi một lượng lớn thông tin cảm biến trong thời gian ngắn Đặc biệt, năng lượng là rất hạn chế trong mạng cảm biến so với các mạng WPAN bởi khó khăn trong việc nạp lại acqui cho các thiết bị cảm biến Các nghiên cứu chỉ ra áp dụng công nghệ UWB cho mạng cảm biến đáp ứng những yêu cầu về năng lượng

và giá thành Hơn nữa, có thể khai thác khả năng định vị chính xác của UWB đặc biệt tại những nơi GPS chưa được sử dụng

Hình 1.3 Các thiết bị Dual-role kết nối trực tiếp với nhau theo WUSB

 Các hệ thống chụp ảnh: Khác với các hệ thống rada thông thường nhiệm vụ chủ yếu là xác định các nguồn bức xạ, các xung rada UWB định vị ở khoảng cách nhỏ hơn Tín hiệu phản xạ từ vật thể cần định vị không chỉ thay đổi về biên độ, thời gian mà còn thay đổi cả về dạng xung Kết quả là tín hiệu UWB có độ nhạy cao hơn nhiều so với các tín hiệu rada thông thường Đặc tính này được áp dụng cho hệ thống rada Mặt khác do các thành phần tần số thấp của tín hiệu UWB có khả năng đâm xuyên nên có thể mở rộng với các ứng dụng khác như chụp ảnh xuyên tường, lòng đất, và đại dương; hay các thiết bị chuẩn đoán y tế, giám sát đường biên giới

 Các hệ thống rada giao thông: Cảm biến dựa trên UWB có khả năng cải thiện vấn đề của các sensor chuyển động ở khoảng cách ngắn Dựa vào khả năng định vị có độ chính xác cao của UWB, có thể xây dựng các hệ thống điều khiển giao thông và tránh tai nạn thông minh Các hệ thống này có thể cải thiện hoạt động của các túi khí bảo hiểm trong phương tiện giao thông và hỗ trợ điều khiển

giao thông cũng như tự thay đổi chế độ hoạt động bằng cách download dữ liệu từ các bộ phát UWB hướng dẫn dọc theo hai bên đường

Hình 1.4 Các radar chống trộm, tránh xung đột và đo độ chính xác

Mục tiêu thiết kế anten UWB với yêu cầu:

 Băng tần hoạt động 3.1GHz-10.6GHz theo chuẩn UWB

 Độ lợi trên 2dB

 Hiệu suất bức xạ trên 70%

 Band-Notch được băng tần từ 5-6GHz

 Kích thước anten không quá 50 x 50 mm

1.5 Phương pháp nghiên cứu

1.5.1 Hướng tiếp cận về anten vi dải

Các ý niệm bức xạ vi dải lần đầu tiên được khởi xướng bởi Deschamps vào

năm 1953 Nhưng mãi đến 20 năm sau, một anten ứng dụng kỹ thuật vi dải mới

được chế tạo Anten vi dải thực nghiệm lần đầu tiên được phát triển bởi Howell và

Munson và được tiếp tục nghiên cứu và phát triển trong nhiều lĩnh vực khác

nhau.[1]

Anten vi dải đơn giản nhất bao gồm một patch kim loại rất mỏng (bề dày t <<

λ0, λ0 là bước sóng trong không gian tự do) đặt cách mặt phẳng đất một khoảng rất nhỏ ( h << λ0, thường thì 0.003 λ0< h < 0.05 λ0) Patch của anten vi dải được thiết kế

để có đồ thị bức xạ cực đại Điều này được thực hiện bằng cách lựa chọn đúng mode của trường bức xạ ở vùng không gian bên dưới patch Bức xạ end-fire cũng

có thể thực hiện được bằng cách lựa chọn đúng mode hoạt động Đối với một patch hình chữ nhật, chiều dài L thường được sử dụng trong khoảng λ0/3 < L< λ0/2 Patch

và mặt phẳng đất được tách biệt bởi một lớp điện môi nền như hình 2.1

Hình 1.5 Anten vi dải

Có nhiều điện môi nền có thể được sử dụng để thiết kế anten vi dải và hằng

số điện môi của chúng thường nằm trong khoảng 2.2< ε r < 12 Những lớp điện môi

được sử dụng để thiết kế anten hầu hết là những nền dày, hằng số điện môi của chúng thường thấp hơn giá trị ở cuối dải vì chúng cho hiệu suất tốt hơn, băng thông lớn và giới hạn sự bức xạ các trường tổn hao vào trong không gian, nhưng kích thước các phần tử lớn hơn Giới hạn sự bức xạ các trường tổn hao vào trong không gian, nhưng kích thước các phần tử lớn hơn Nền mỏng với hằng số điện môi lớn hơn có thể được sử dụng để thiết kế các mạch vi sóng, bởi vì chúng yêu cầu giới hạn trường chặt chẽ để giảm thiểu sự bức xạ và kết hợp không mong muốn, đồng thời cũng cho kích thước các phần tử nhỏ hơn Tuy nhiên vì sự mất mát lớn hơn, dẫn đến hiệu suất thấp và băng thông nhỏ hơn

1.5.2 Thiết kế các thành phần cơ bản

Dựa trên những công thức đơn giản đã được mô tả, một quy trình tính toán thiết kế cho anten vi dải hình chữ nhật được vạch ra Giả sử ta đã có những thông số ban đầu: hằng số điện môi  r , tần số hoạt động f 0, và chiều cao của lớp điện môi

nền h Ta có trình tự thiết kế như sau [2]:

Giả thiết: Cho  r ,f 0 và h

1 2

W h

L h

W h

1.5.3.1 Cấp nguồn bằng đường truyền vi dải

Đường dây truyền tải microstrip bao gồm một dải dẫn của chiều rộng "W" độ dày "T" và một mặt ground bên dưới, ngăn cách bởi một lớp điện môi (hay còn gọi

là "chất nền") có độ dày “H”

Hình 1.6 Cấp nguồn đường truyền vi dải

Tất cả các phương trình microstrip là gần đúng Các phương trình trên bỏ qua độ dày “ T ” Hằng số điện môi hiệu dụng tỷ lệ chiều rộng với chiều cao của đường truyền microstrip (W / H) Theo Bahl và Trivedi [3], các  eff điện môi hiệu dụng không đổi (hay còn gọi là Keff) của microstrip được tính bằng:

Trong đó :

W : độ rộng đường truyền microstrip

H : độ cao đường truyền microstrip

eff

 : hằng số điện môi hiệu dụng

Z0: trở kháng đặc tính

1.5.3.2 Cấp nguồn bằng đường CPW (CoPlanar Waveguide)

Cấu tạo gồm một dải dẫn làm đường truyền chính “W” và nằm xen kẽ giữa hai khe dẫn “S” ngăn cách một mặt ground Tất cả dải dẫn đều nằm ở một phía của tấm điện môi  r [4]- [5]

Hình 1.7 Cấp nguồn đường truyền CPW

Hằng số điện môi hiệu dụng được tính bởi :

1

2

r re

( )

re

K k Z

1.5.4 Quá trình thiết kế anten

Hình 1.8 : Lưu đồ quá trình thiết kế anten

Chương 2 : Khái quát công nghệ UWB

2.1 Giới thiệu

Sự phát triển nhanh chóng gần đây trong công nghệ và triển khai thương mại thành công của truyền thông không dây đang ảnh hưởng đáng kể cuộc sống hàng ngày Quá trình chuyển đổi từ analog sang digital truyền thông di động, sự gia tăng của hệ thống vô tuyến thế hệ thứ ba và thứ tư và thay thế kết nối có dây với Wi-fi và bluetooth được cho phép người tiêu dùng truy cập vào một loạt các thông tin từ bất cứ nơi nào và bất cứ lúc nào Do nhu cầu tiêu dùng cho nhu cầu cao hơn, dịch vụ nhanh hơn và an toàn hơn tăng kết nối không dây, công nghệ mới nâng cao phải tìm vị trí của mình trong (RF) phổ tần số vô tuyến đông đúc Điều này là bởi vì mỗi công nghệ vô tuyến phân bổ một phần cụ thể của quang phổ; ví dụ, các tín hiệu cho TV, radio, điện thoại di động, và như vậy được truyền trên các tần số khác nhau để tránh sự can thiệp với nhau Kết quả là, các hạn chế về sự sẵn có của quang phổ RF ngày càng trở nên nghiêm ngặt hơn với

sự ra đời của dịch vụ vô tuyến mới

Công nghệ UWB cung cấp một giải pháp đầy hứa hẹn cho RF hạn chế phổ bằng cách cho phép các dịch vụ mới để cùng tồn tại với hệ thống vô tuyến hiện nay với tối thiểu hoặc không can thiệp Sự tồn tại này mang lại lợi thế tránh

lệ phí cấp giấy phép phổ đắt tiền mà các nhà cung cấp của tất cả các dịch vụ vô tuyến điện khác phải trả

2.2 Lịch sử

Công nghệ UWB về cơ bản khác với tất cả các kỹ thuật truyền thông khác bởi vì nó sử dụng xung RF rất hẹp để giao tiếp giữa máy phát và thu Bằng cách sử dụng các xung thời gian ngắn như các khối xây dựng để liên lạc trực tiếp tạo ra một băng thông rất rộng và cung cấp một số lợi thế, chẳng hạn như lưu lượng lớn và cùng tồn tại với các dịch vụ phát thanh hiện tại

UWB truyền thông không phải là một công nghệ mới; trong thực tế, nó lần đầu tiên được sử dụng bởi Guglielmo Marconi vào năm 1901 để truyền tải

mã Morse trình tự qua Đại Tây Dương bằng cách sử dụng thiết bị phát tia lửa khoảng cách Tuy nhiên, lợi ích của một băng thông lớn và khả năng thực hiện các hệ thống đa người dùng được cung cấp bởi xung điện không bao giờ được xem xét vào thời điểm đó

Khoảng năm mươi năm sau khi Marconi, truyền xung hiện đại dựa trên đạt được đà trong các ứng dụng quân sự trong các hình thức của radar impluse Một số những người tiên phong của truyền thông UWB hiện đại tại Hoa Kỳ từ cuối những năm 1960 là Henning Harmuth của Catholic University of America

và Gerald Ross và K.W.Robins của Sperry Rand Corporation [6] Từ những năm

1960 đến những năm 1990, công nghệ này đã được giới hạn trong quân đội và

Bộ Quốc phòng (Bộ Quốc phòng) ứng dụng trong các chương trình phân loại như thông tin liên lạc bảo mật cao Tuy nhiên, sự tiến bộ gần đây trong microprocessing và nhanh chóng chuyển đổi trong công nghệ bán dẫn đã làm cho UWB sẵn sàng cho ứng dụng thương mại Vì vậy, nó là thích hợp hơn để xem xét UWB như một tên mới cho một công nghệ dài tồn tại

Như quan tâm đến thương mại của UWB đã tăng lên trong vài năm qua, các nhà phát triển của các hệ thống UWB bắt đầu gây sức ép FCC đã phê duyệt Báo cáo và đặt hàng đầu tiên (R&O) để sử dụng thương mại của công nghệ UWB dưới giới hạn phát điện nghiêm ngặt đối với các thiết bị khác nhau

Hình 2.1 Lịch sử phát triển công nghệ UWB 2.3 Tín hiệu UWB

Theo quy định của FCC’ First Report, tín hiệu UWB phải có băng thông lớn hơn 500MHz hoặc một phần băng thông lớn hơn 20 phần trăm tại tất

cả các lần truyền [7] Băng thông phân đoạn là một yếu tố được sử dụng

để phân loại tín hiệu như hẹp, băng rộng, hoặc siêu-băng rộng và được xác định bởi tỷ lệ băng thông tại -10dB điểm tần số trung tâm

( ) / 2

h l h l f

Hình 2.2 tần số cao nhất và tần số thấp nhất được cắt tại -10dB xấp xỉ là

1,2GHz và 2.8GHz, dẫn đến phần nhỏ băng thông 80% lớn hơn mức tối thiểu Bf yêu cầu bởi FCC:

2.4.1 Thiết bị thông tin

Thiết bị thông tin truyền thông, FCC quy định giới hạn phát khác nhau cho các thiết bị UWB trong nhà và ngoài trời Mặt nạ phổ cho các thiết bị ngoài trời là 10dB thấp hơn so với các thiết bị trong nhà, giữa 1.61 GHz và 3.1 GHz,

như thể hiện trong hình 2.3

Theo quy định của FCC thiết bị UWB trong nhà có các thiết bị cầm tay,

và các hoạt động nên được giới hạn peer-to-peer để hoạt động bên trong các tòa

nhà

Hình 2.3 Giới hạn phát UWB cho thiết bị cầm tay ngoài trời 2.4.2 Imaging devices

Hình 2.4 biểu thị giới hạn phát FCC cho UWB thiết bị hình ảnh xuyên

qua tường Hoạt động của các thiết bị này là hạn chế cho đội ngũ thực thi pháp luật và giải cứu

Hình 2.4 Giới hạn phát UWB cho Imaging devices 2.4.3 Hệ thống radar giao thông

Hệ thống radar giao thông được phép phát ra -41,3 dBm / MHz chỉ trong 22GHz đến 29 GHz dải tần số Tần số trung tâm của tín hiệu được cao hơn so với 24,075 GHz Các thiết bị radar được phép gắn trên xe cộ giao thông trên mặt đất và có thể được kích hoạt trong khi xe đang di chuyển hoặc đang đứng yên

Hình 2.5 Giới hạn phát UWB cho hệ thống radar xe

CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ ANTEN

3.1 Lý thuyết chung về anten:

Bức xạ sóng ra không gian: sóng đã được truyền đi dưới dạng sóng điện từ tự

do Do đó thiết bị dùng để bức xạ sóng điện từ hoặc thu sóng điện từ không gian bên ngoài gọi là anten

Một anten hoạt động như một thiết bị chuyển tiếp giữa các thiết bị dẫn đường (ống dẫn, đường truyền) và không gian

Anten là thiết bị bức xạ và thu năng lượng Chúng ta đã thấy anten là bộ phận quan trọng không thể thiếu được của bất kỳ hệ thống vô tuyến điện nào, bởi vì

đã là hệ thống vô tuyến nghĩa là hệ thống trong đó có sử dụng sóng điện từ thì không thể không dùng đến thiết bị để bức xạ hoặc thu sóng điện từ Anten quyết định rất nhiều các tính chất khác nhau của các tuyến thông tin liên lạc

Anten có nhiều dạng và nhiều cấu trúc khác nhau, có loại rất đơn giản nhưng có loại rất phức tạp Ta có 2 loại anten là anten vô hướng (Omni-Directional)

và anten định hướng (Directional) Anten vô hướng là anten truyền tín hiệu RF theo tất cả các hướng theo trục ngang (song song mặt đất) nhưng bị giới hạn bởi trục dọc (vuông góc với mặt đất) Anten định hướng là loại anten có hiệu suất bức xạ (hoặc thu) sóng điện từ theo 1 hướng nhất định cao hơn các hướng khác vì vậy nó phụ thuộc vào hệ số định hướng D (,) và độ lợi G (,)

D (,) mô tả kiểu bức xạ, G (,) cho ta biết sự tổn hao (nhiệt hay công suất bức xạ vào các búp phụ)

3.1.2 Đặc tính bức xạ điện từ của anten

Trong phát xạ của anten, phát xạ dây dẫn là yếu tố chính vì dòng biến đổi theo thời gian hay gia tốc (giảm tốc độ) của điện tích Nếu không có sự chuyển động của điện tích trong dây dẫn, sẽ không có phát xạ xảy ra, dẫn đến không xuất hiện dòng điện

Phát xạ sẽ không xảy ra ngay cả khi điện tích chuyển động với vận tốc đều dọc theo dây dẫn thẳng

Hình 3.1: Phát xạ của một anten

Sự phát xạ từ một anten được giải thích bởi hình 2.1 cho thấy nguồn điện áp

kết nối với hai dây truyền

Khi có một điện áp hình sin đi qua đường truyền, một điện trường sẽ được hình thành, đó là hình sin và tiếp tuyến với đường truyền

Độ lớn của điện trường được tính bởi cường độ dòng điện Các electron tự do trên dây dẫn ảnh hưởng đến cường độ dòng điện và chuyển động của các điện tích này là nguyên nhân dẫn đến việc hình thành một từ trường

Vì điện trường và từ trường thay đổi theo thời gian, sóng điện từ được hình thành và có sự dịch chuyển qua lại các sóng điện từ này giữa các dây dẫn

Khi các sóng điện từ này đi vào không gian, các sóng không gian tự do được

hình thành bởi sự đóng tắt dòng điện

Vì khi nguồn hình sin liên tục tạo ra sự nhiễu loạn điện, các sóng điện từ cũng được tạo ra liên tục và có sự chuyển dịch các sóng này xuyên qua đường truyền, qua anten và được phát xạ vào không gian

Trong đường truyền và anten sóng điện từ đươc duy trì liên tục bởi các điện tích, nhưng nhanh chóng được đẩy vào không gian, tạo thành những vòng kín và được phát xạ

Bất kỳ loại anten nào điều có một nguyên lý bức xạ chung đó là sự tăng (hay giảm) vận tốc của điện tích Phương trình bức xạ điện từ được thể hiện qua biểu thức sau:

.

v Q L

Trong đó:

.

I :dòng điện thay đổi theo thời gian [A/s]

L : chiều dài phần tử mang dòng điện [m]

3.2 Các tham số cơ bản của anten

Các tham số cơ bản của anten là nền tảng để hiểu anten được sử dụng như thế nào trong hệ thống thông tin vô tuyến Các tham số cơ bản của anten bao gồm: độ lợi, độ định hướng, đồ thị bức xạ và phân cực Các đặc trưng khác như búp sóng, độ dài hiệu dụng, góc mở hiệu dụng được suy ra từ 4 tham số cơ bản trên Trở kháng đầu cuối (đầu vào) cũng là một tham số cơ bản khác khá quan trọng Nó cho ta biết

trở kháng của anten để kết hợp một cách hiệu quả công suất đầu ra của máy phát với anten hoặc để kết hợp một cách hiệu quả công suất từ anten vào máy thu

3.2.1 Đồ thị bức xạ (Radiation pattern)

Các tín hiệu vô tuyến bức xạ bởi anten hình thành một trường điện từ với một giản đồ xác định, và phụ thuộc vào loại anten được sử dụng Giản đồ bức xạ này thể hiện các đặc tính định hướng của anten

Giản đồ bức xạ của anten được định nghĩa như sau: “là một hàm toán học hay

sự thể hiện đồ họa của các đặc tính bức xạ của anten, và là hàm của các tọa độ không gian” Trong hầu hết các trường hợp, giản đồ bức xạ được xét ở trường xa Đặc tính bức xạ là sự phân bố năng lượng bức xạ trong không gian 2 chiều hay 3 chiều, sự phân bố đó là hàm của vị trí quan sát dọc theo một đường hay một bề mặt

có bán kính không đổi

Hình 3.2 Hệ thống tọa độ để phân tích anten

Trong thực tế, ta có thể biểu diễn giản đồ 3D bởi hai giản đồ 2D Thông thường chỉ quan tâm tới giản đồ là hàm của biến θ với vài giá trị đặc biệt của , và

giản đồ là hàm của  với một vài giá trị đặc biệt của θ là đủ để đưa ra hầu hết các thông tin cần thiết

Giản đồ đẳng hướng và hướng tính:

Anten đẳng hướng chỉ là một anten giả định, bức xạ đều theo tất cả các hướng Mặc dù nó là lý tưởng và không thể thực hiện được về mặt vật lý, nhưng người ta thường sử dụng nó như một tham chiếu để thể hiện đặc tính hướng tính của anten thực Anten hướng tính là “anten có đặc tính bức xạ hay thu nhận sóng điện từ mạnh theo một vài hướng hơn các hướng còn lại”

Một ví dụ của anten với giản đồ bức xạ hướng tính được thể hiện trong hình

2.4 Ta nhận thấy rằng giản đồ này là không hướng tính trong mặt phẳng chứa

vector H (azimuth plane) với [ f() , θ = π/2] và hướng tính trong mặt phẳng chứa vector E (elevation plane) với [g(θ),  = const]

Hình 3.3 Giản đồ bức xạ vô hướng của một anten

Mặt phẳng E được định nghĩa là “mặt phẳng chứa vector điện trường và hướng bức xạ cực đại”, và mặt phẳng H được định nghĩa là “mặt phẳng chứa vector

từ trường và hướng bức xạ cực đại” Trong thực tế ta thường chọn hướng của anten

thế nào để ít nhất một trong các mặt phẳng E hay mặt phẳng H trùng với một trong các mặt phẳng tọa độ (mặt phẳng x hay y hay z) Một ví dụ được thể hiện trong hình 2.4 Trong ví dụ này, mặt phẳng x-z (với =0 ) là mặt phẳng E và mặt phẳng x-y (với θ = π/2) là mặt phẳng H

Hình 3.4 Giản đồ bức xạ trong mặt phẳng E và mặt phẳng H cho anten loa

3.2.2 Búp sóng (Lobe)

Việc làm hẹp hay tập trung các búp sóng của anten sẽ làm tăng độ lợi của anten Búp sóng là độ rộng của tín hiệu RF mà anten phát ra Búp sóng dọc được đo theo độ và vuông góc với mặt đất, còn búp sóng ngang cũng được đo theo độ và song song với mặt đất Ứng với mỗi kiểu anten khác nhau sẽ có búp sóng khác nhau Việc chọn lựa anten có búp sóng rộng hay hẹp thích hợp là việc làm quan trọng để đạt được hình dạng vùng phủ sóng mong muốn Búp sóng càng hẹp thì độ lợi càng cao

Khái niệm độ rộng búp sóng: là góc hợp bởi 2 hướng có cường độ giảm 10dB

so với giá trị cực đại Búp sóng của trường bức xạ thường được phân loại như sau:

nửa công suất HPBW là thông số được sử dụng để đánh giá độ bức xạ của anten trong kỹ thuật radar và vô tuyến thiên văn

− Độ rộng First – Null (FNBW): là góc giữa 2 hướng có cường độ bức xạ bằng 0 nằm hai bên hướng bức xạ cực đại trong mặt phẳng chứa hướng bức xạ cực đại của búp sóng Thông thường có thể xấp xỉ FNBW  2HPBW

(a) Độ rộng nửa công suất

(b) Độ rộng First – Null Hình 3.6: Độ rộng giữa các giá trị không đầu tiên

 Vùng trường gần và vùng trường xa

Có nhiều kiểu trường, kết hợp với một anten, thay đổi theo và tương thích với hai loại năng lượng: năng lượng phát xạ và năng lượng phản xạ Không gian xung quanh một anten chia làm 3 vùng:

Hình 3.7 Vùng phản xạ

♦ Vùng phản xạ trường gần: trong vùng này trường phản xạ chiếm ưu thế

Năng lượng phản xạ dao động hướng tới và đi từ anten, do đó xuất hiện như là điện kháng Trong vùng này năng lượng chỉ được lưu mà không được tiêu tán Ranh giới ngoài cùng của khu vực này là khoảng cách R 1 0,62 D3/ với R1 là khoảng cách tính từ bề mặt anten, D là kích thước lớn nhất của anten và λ là bước sóng

♦ Vùng phát xạ trường gần (còn gọi là vùng Fresnel): là khu vực nằm giữa

vùng phản xạ trường gần và trường xa Các trường phản xạ trong vùng xa chiếm ưu thế Trong vùng này, sự phân bố trường góc là hàm của khoảng cách từ anten Ranh giới lớn nhất của vùng có khoảng cách R 2 2D2/với R2 là khoảng cách tính

từ bề mặt anten

♦ Vùng trường xa (còn gọi là vùng Fraunhofer): khu vực ngoài là vùng

trường xa Trong vùng này các trường phản xạ không còn và chỉ tồn tại các trường phát xạ Trong vùng này sự phân bố trường góc không phụ thuộc vào khoảng cách

từ anten và mật độ công suất biến đổi theo nghịch đảo bình phương khoảng cách

3.2.3 Cường độ bức xạ (Radiation Intensity)

Cường độ bức xạ U của anten trong hướng cho trước là tỉ số của công suất bức xạ trên một đơn vị góc khối theo hướng đó Cường độ bức xạ là thông số được xác định trong miền viễn trường

Trong đó, W rad : mật độ công suất bức xạ (W/ 2

m )

r : bán kính khối cầu

Hình 3.8 Hình thể hiện cường độ và diện tích bức xạ

Một steradian (Sr) là 1 gốc khối có đỉnh P tại tâm của một khối cầu bán kính r

và tạo bởi một mặt cầu A có diện tích bằng diện tích của một hình vuông cạnh r

Một khối cầu kín tương đương với 4  steradians

xạ cực đại

Ở đó, D là hướng tính (không có thứ nguyên)

là hướng tính cực đại (không có thứ nguyên)

U là cường độ bức xạ (W/đơn vị góc đặc)

là cường độ bức xạ cực đại (W/đơn vị góc đặc)

là cường độ bức xạ của nguồn đẳng hướng (W/đơn vị góc đặt)

3.2.5 Hiệu suất của anten

Anten được xem như là thiết bị chuyển đổi năng lượng nên ta cần quan tâm đến hiệu suất anten để có thể đánh giá chính xác hiệu quả cũng như tổn hao về công suất mà anten mang lại Hiệu suất của anten chính là tỉ số giữa công suất bức xạ

P và công suất máy phát đưa vào anten P

, (   eD  

3.2.7 Dải thông của anten (FBW – Frequency Bandwidth)

Dải tần công tác của anten là khoảng tần số làm việc của anten mà trong khoảng tần số đó các thông số của anten không thay đổi hoặc thay đổi trong phạm

vi cho phép Thường dải tần công tác của anten được phân làm bốn nhóm:

− Anten dải hẹp:

− Anten dải tần số tương đối rộng:

− Anten dải rộng: