BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ANTEN VÀ TRUYỀN SÓNG đề tài wideband patch dipole antenna

LỜI MỞ ĐẦU Trong radio và viễn thông, anten lưỡng cực hoặc ống đôi là loại anten đơn giản và được sử dụng rộng rãi nhất.. Trong báo cáo này, nhóm chúng em xin được sử dụng những kiến thứ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN TỬ - VIỄN THÔNG

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN ANTEN VÀ TRUYỀN SÓNG

Đề tài:

Wideband Patch Dipole Antenna

GVHD: Phan Xuân Vũ

Các thành viên:

Hàn Thị Tâm 20172802

Đào Xuân Phùng 20172750 Bùi Chí Thành 20172817 Nguyễn Đình Tú 20172883

Hà Nội, 12-2019

MỤC LỤC

Lời mở đầu

1 Giới thiệu chung về wideband patch dipole antenna

2 Thiết kế anten và chỉ tiêu kỹ thuật

3 Mô phỏng an ten bằng phần mềm HFSS

4 Tối ưu anten

5 Kết luận

Lời cảm ơn

LỜI MỞ ĐẦU

Trong radio và viễn thông, anten lưỡng cực hoặc ống đôi là loại anten đơn giản

và được sử dụng rộng rãi nhất Một anten lưỡng cực thường bao gồm hai phần

tử dẫn giống nhau như dây kim loại hoặc thanh Dòng điện từ máy phát được áp dụng hoặc để nhận anten, tín hiệu đầu ra đến máy thu được lấy, giữa hai nửa ăng ten Mỗi bên của đường dẫn đến máy phát hoặc máy thu được kết nối với một trong các dây dẫn Lưỡng cực là loại ăng ten đơn giản nhất theo quan điểm lý thuyết Thông thường nhất, nó bao gồm hai dây dẫn có độ dài từ đầu đến cuối được định hướng bằng nhau với đường dẫn được kết nối giữa chúng Các lưỡng cực thường được sử dụng làm ăng ten cộng hưởng

Trong báo cáo này, nhóm chúng em xin được sử dụng những kiến thức cơ bản

về anten cũng như những tìm hiểu của mình về 1 loại anten lưỡng

cực-wideband patch dipole antenna để thực hiện mô phỏng anten này trên phần mềm HFSS

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ WIDEBAND PATCH DIPOLE

ANTENNA

1 Giới thiệu chung

Hiện nay anten lưỡng cực là một trong những ăng ten phổ biến nhất trong thiết kế và sử dụng, loại anten này có cấu trúc đơn giản, được sử dụng rộng rãi trong sóng ngắn, dải vi sóng,…

Do anten lưỡng cực này cũng là một loại ăng ten cộng hưởng nên băng thông của nó tương đối hẹp (chỉ khoảng 5 phần trăm) Nhiều kỹ thuật được phát triển để mở rộng dải tần số của nó như: ăng ten hình nón đôi, ăng ten tay áo, lưỡng cực tam giác, lưỡng cực phẳng, v.v, tuy nhiên, phương pháp hiệu quả nhất trong các kỹ thuật này là tăng đường kính và giảm tỷ lệ giữa chiều dài và đường kính Phương pháp này đặc biệt hữu ích trong việc cải thiện đặc tính kháng trong dải vận hành, ví dụ, băng thông của ăng ten hình nón có thể đạt tới vài hoặc thậm chí hàng chục dải tám quãng tám

Gần đây, các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra rằng ăng ten monopole vá có đặc tính băng thông tốt Năm 1992, một ăng ten đơn cực phẳng tròn với dải tần số rộng từ 90 MHz đến 770 MHz được phát triển tại Nhật Bản Sau đó, nhiều hình dạng miếng vá khác nhau như hình bầu dục và hình thang được giới thiệu cho ăng ten đơn cực phẳng băng rộng Tương tự, một loại anten lưỡng cực vá hình chữ nhật cũng được trình bày để tăng băng thông có dải tần số 57% có thể đạt được với VSWR nhỏ hơn 1,5 khi chiều dài và chiều rộng của hình chữ nhật gần giống nhau Khi được đặt trên một mặt phẳng vô hạn, băng thông tương đối có thể tăng lên 75% Anten được sử dụng trong bài là anten lưỡng cực vá hình chữ nhật và hình tròn Kết quả mô phỏng và thử nghiệm cho thấy băng thông tương đối có thể thu được 66,7% với VSWR nhỏ hơn 2

2 Cấu tạo của anten

Wideband patch dipole antenna có cấu tạo giống như hình sau:

Anten có 2 cánh tay lưỡng cực là 2 miếng vá kim loại hình chữ nhật( mũi tên trên hình) có chiều dài L và chiều rộng W, 2 miếng vá cách nhau 1 đoạn là G( là

1 hình tròn được cấp điện áp xoay chiều), giữa 2 miếng vá kim loại và mặt đất cách nhau 1 khoảng bằng h

Người ta cũng có thể sử dụng bảng kim loại để chế tạo cánh tay vá của anten, hoặc in trên chất nền và sử dụng đường đồng trục làm nguồn nuôi

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ ANTEN VÀ CHỈ TIÊU KỸ THUẬT

Kích thước của anten phụ thuộc rất lớn vào tần số hoạt động, trong bài

mô phỏng này, anten hoạt động ở tần số 1GHz, mặt đất được thu hẹp thành hình chữ nhật với kích thước dài B=280mm, rộng A= 180mm, 2 cánh tay lưỡng cực hình chữ nhật có kích thước bàng nhau với chiều dài

và chiều rộng W=L=56mm được nối bởi hình tròn có bán kính G=5mm, 2 miếng vá hình chữ nhật và mặt đất được cấp một điện trường, nhờ vào thiết kế này mà băng thông tương đối có thể đạt tới 65,6%

Thông qua nhiều mô phỏng, ta có thể thấy mô hình bức xạ của windband patch dipole antenna tương tự với mô hình bức xạ của anten lưỡng cực chung Mức tăng tối đa của windband patch dipole antenna( gain) vào khoảng 7,54 dB

Kết quả trên HFSS của Gain là 7.54dB ở 1 GHz, hiệu quả bức xạ đo được

là 90% với lỗi của phép đo là 0.5dB

Gain của windband patch dipole antenna giảm xuống 6.56 dB tại1.6 GHz do pha không tối ưu của dipole Do đó, thiết kế này là tối ưu cho mức tần số 0.8-1.2GHz và kết quả là băng thông 65.7%

CHƯƠNG 3: KẾT QUẢ MÔ PHỎNG

1 Đồ thị S(1,1)

Sau khi mô phỏng với số liệu như trên, ta thu được đồ thì S(1,1) như sau:

Dựa vào đồ thị, ta thấy anten làm việc tốt nhất ở tần số 4.3 GHz

2 Đồ thị bức xạ

Đồ thị bức xạ 3D:

Nhìn vào đồ thị, ta có thể thấy anten có tính định hướng khá cao

3 Đồ thị Gain

Từ đồ thị ta có thể thấy được hệ số tăng ích của anten vào khoảng 16dB

CHƯƠNG 3: TỐI ƯU ANTEN

Sau khi thay đổi các giá trị H, ta được các đồ thị mới có tính tối ưu hơn,

từ các đồ thị đó, ta thu được đồ thị nơi có hệ số suy hao nhỏ nhất( là đường đồ thị màu đỏ trên hình dưới đây) -0,76 dB tại tần số 4,4 GHz Điều này cho thấy việc tối ưu anten tuy chưa nhiều nhưng đã đạt được những thành công nhất định

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN

Sau khi thực hiện mô phỏng wideband patch dipole anten trên phần mềm HFSS, kết quả thu được ban đầu còn chưa sát với thực tế và còn chưa tối

ưu Xong, thông qua quá trình kiểm thử và tối ưu anten giúp ta nhìn nhận sự thay đổi đồ thị qua từng giá trị, từ đó có hướng khắc phục hợp lí để đưa ra kết quả khả thi và tối ưu nhất

Chúng em xin chân thành cảm ơn thầy Phan Xuân Vũ đã tận tình hướng dẫn , giải đáp thắc mắc và chỉ bảo nhóm em trong suốt thời gian nhóm

em hoàn thành bài tập lớn

Mặc dù đã cố gắng hoàn thành đề tài tốt nhất nhưng do thời gian và kiến thức còn có hạn nên chúng em sẽ không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất định, rất mong nhận được sự cảm thông, chia sẻ và tận tình đóng góp chỉ bảo của thầy cũng như các bạn!