Tìm hiểu về hệ thống transmitarray

Giới thiệu về hệ thống Transmitarray • Hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ học, antenna là thiết bị điện tử quan trọng được sử dụng trong một loạt các ứng dụng như phát thanh truyền hìn

Tìm hiểu về hệ thống

Transmitarray

Phạm Hoàng Đông 1811942 100%

Lâm Vinh Phú 1813541 100%

Nguyễn Việt Khoa 1812661 100%

GVHD: Trần Thanh Ngôn

Nhóm 2

Đề tài 1

Giới thiệu về hệ thống Transmitarray

• Hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ học, antenna là thiết bị

điện tử quan trọng được sử dụng trong một loạt các ứng dụng

như phát thanh truyền hình, ra-đa, truyền dẫn không dây, viễn

thám và thám hiểm không gian Mặc dù antenna có lịch sử hơn

100 năm, các khái antenna mới tiếp tục xuất hiện nhờ việc khám

phá phổ tần số mới chẳng hạn như dải THz, tiến bộ về vật liệu

và kỹ thuật chế tạo, cũng như ngày càng tăng năng lực tính toán

và thực nghiệm Transmitarray là một khái niệm thú vị thu hút sự

quan tâm ngày càng nhiều nhà nghiên cứu trong lĩnh vực

antenna

• Sự đa dạng rộng lớn của antenna có thể được phân loại thành

antenna có độ lợi thấp (<10 dBi), antenna khuếch đại trung bình

(10–20 dBi) và antenna độ lợi cao (> 20 dBi) Transmitarray

thuộc về đến nhóm antenna có độ lợi cao 2

Nguyên lý hoạt động

3

• Hệ thống transmitarray antenna là một bề mặt dịch pha (PSS),

một cấu trúc có khả năng tập trung bức xạ điện từ từ một

antenna nguồn để tạo ra một ăng ten định hướng có độ lợi lớn

và độ đinh hướng cao Transmitarray bao gồm một mảng các ô

đơn vị được đặt phía trên một antenna nguồn (cấp nguồn) Sự

chuyển pha được thực hiện trên các ô đơn vị, giữa các phần tử

trên bề mặt thu và phát, để tập trung các mặt sóng tới từ antenna

cấp nguồn Những bề mặt mỏng này có thể được sử dụng thay

cho thấu kính điện môi

• Không giống như phased array, transmitarray không yêu cầu

một mạng cung cấp dữ liệu, do đó tổn thất có thể được giảm

đáng kể Tương tự, chúng có lợi thế hơn reflectarray ở chỗ tránh

được tắc nghẽn nguồn cấp dữ liệu

Fixed transmitarrays (hệ thống truyền cố định)

4

• Tại mỗi vị trí trên bề mặt của cấu trúc, các uni-cell được thu nhỏ hoặc xoay để có được biên độ và phân bố cần thiết Do đó, chỉ tập trung theo một hướng khả dụng Mục đích là để xác định gần đúng sự phân bố pha lý tưởng

• Trong một hệ thống transmitarray có sử dụng nhiều loại uni-cell khác nhau

• Thành phần slot antenna được đặt gần tâm của dải phát, vì hiệu suất phân cực của chúng tốt hơn ở góc tới bình thường, trong khi phần tử double square ring slot atena được sử dụng ở các cạnh, vì chúng hoạt động tốt hơn ở góc tới xiên Điều này cho phép tăng góc phụ (lóa) của feed horn antena do đó giảm chiều dài của nó và kích thước ăng ten tổng thể Các ô đơn vị không được yêu cầu ở trung tâm của hệ thống, nơi dịch pha 0° làm giảm suy hao chèn khoảng 1 dB ở 105 GHz, vì phần lớn biên độ chùm là ở vùng trung tâm

• Việc triển khai transmitarray có thể được chia thành 2 cách tiếp cận: phân tán lớp (layered-scatterer) và điều hướng sóng (guided-wave) Đối với cách tiếp cận thứ nhất sữ dụng nhiều lớp ghép nối để đạt được sự chuyển pha, nhưng lại có mức sidelobe (SLL) kém khi điều hướng Cách tiếp cận thứ hai cho phép điều hướng rộng hơn nhưng chi phí phần cứng và độ phức tạp cao

Transmitarray antenna có thể được chia thành 2 loại: cố định và có thể cấu hình

lại Transmitarray là một bề mặt chuyển pha bao gồm một mảng các ô đơn vị Chúng tập

trung sóng từ một antenna cấp nguồn thành một chùm tia phát hẹp hơn Bằng cách áp

dụng sự dịch chuyển pha liên tục trên khẩu độ của tia phát, chùm tia có thể được hội tụ

và hướng về một hướng khác với khoảng cách xa

Reconfiguration methods (phương pháp cấu hình lại)

• Trong một hệ thống reconfiguration transmitarray, độ định hướng được thiết lập thông qua việc điều khiển sự chuyển pha qua từng ô đơn vị Điều này cho phép hướng chùm tia về phía người dùng bằng cách thực hiện một

số phương pháp như:

• PIN Diodes có thể được sử dụng để cho phép cấu hình lại pha nhanh với suy hao chèn dưới 1 dB Tuy nhiên yêu cầu một lượng lớn các thành phần liên quan, điều này làm tăng chi phí thực hiện

• Một ví dụ triển khai khác là một Fresnel reflectarray hoạt động với mạch điều khiển bởi các PIN diodes Mặc dù các ô đơn vị đã được tối ưu hóa nhưng mức mức suy hao khi quét có thể ở mức 3,4 dB ở 30° Việc tập trung sóng của ăng ten ở vùng trường gần có thể cấu hình lại bằng cách sử dụng các khe chứa của PIN diodes Bằng cách điều chỉnh pha so với sóng tham chiếu, các nguyên tắc Holography cho phép sử dụng cấu trúc feeding phẳng, nhỏ gọn và triệt tiêu các sidelobe không mong muốn

• Các vật liệu có thể sử dụng trong hệ thống ăng ten cấu hình lại đã cho thấy sự hứa hẹn cho phép truyền dẫn chùm tia phát có độ định hướng cao với mức suy hao thấp

Transmitarray antenna có thể được chia thành hai loại: cố định và có thể cấu hình

lại Như đã mô tả trước đó, transmitarray là một bề mặt chuyển pha bao gồm một mảng

các ô đơn vị Chúng tập trung sóng từ một antenna cấp nguồn thành một chùm tia phát

hẹp hơn Bằng cách áp dụng sự dịch chuyển pha liên tục trên khẩu độ của tia phát,

chùm tia có thể được hội tụ và hướng về một hướng khác với khoảng cách xa

Cấu trúc & chức năng

Mảng gồm NxM anten dipole đặt phía trước nguồn tín hiệu

Mỗi uni-cell được cấu thành từ 3 layer:

• Receiving layer: nhận tín hiệu từ nguồn.

• Bias layer

• Transmitting layer: bức xạ tín hiệu nhận được ra ngoài.

6

Cấu trúc

1 uni-cell

• Hoạt động ở 28 GHz

• Gồm 2 lớp kim loại in lên chất nền RT5880, có độ dày 0.254 mm, hằng số điện môi = 2.2

• 2 lớp kim loại này được phân cách bởi lớp vật liệu ePTFE dày 3mm, hằng số điện môi = 1.4 tạo ra sự lệch pha 100o giữa các lớp

Cấu trúc & chức năng

• Bức xạ các tín hiệu RF từ máy phát dưới

dạng sóng vô tuyến (mode phát)

• Chuyển đổi sóng vô tuyến thành tín hiệu RF để xử

lý ở máy thu (mode thu)

• Hướng năng lượng bức xạ theo một vài hướng

nhất định, hoặc tập trung thu tín hiệu từ một vài

hướng mong muốn Bằng cách điều khiển pha,

biên độ, cấu trúc sắp xếp và khoảng cách giữa

elements

7

Chức năng

So sánh với reflectarray

8

• Hướng của bức xạ Transmitarray cùng hướng feed horn

• Còn Reflectarray thì bức xạ tương tự nguyên tắc phản xạ sóng

So sánh với reflectarray

9

 Pha của Transmitarray ít nhạy cảm hơn Reflectarray khi có tần số thay đổi

So sánh với reflectarray

10

Các bức xạ tính toán của Reflectarray so với Transmitarray

trong E -plane và H -plane tại f = 10GHz

So sánh với reflectarray

11

• Độ lợi đỉnh cho Transmitarray nhỏ hơn Reflectarray

khoảng 1,1 dB ở 10 GHz Điều này là do Transmitarray

có băng thông rộng hơn, công suất phản xạ bề mặt của

chất điện môi đục lỗ, còn Reflectarray có băng thông

hẹp cố định, bởi vì nó phụ thuộc vào khối điện môi

cộng hưởng

• Đối với mảng có cùng kích thước và tỷ lệ F / D, cả

mảng truyền và nhận đều có cùng độ lợi và beamwidth

Transmitarray cho thấy độ lợi cao hơn Reflectarray từ

10,5 GHz đến 13,5 GHz vì độ nhạy tần số biến thiên

của pha phản xạ

Hệ thống

5G và 6G

đều dùng giao tiếp mmWave và

THz (Các tần số trên 6 GHz

thường được gọi chung là

băng tần mmWave )

Per device peak data rate 1 Gbps 10 Gbps 1 Tbps

Maximum spectral efficiency 15 bps/Hz 30 bps/Hz 100 bps/Hz

Mobility support Up to 350 km/h Up to 500 km/h Up to 1000 km/h

Architacture MIMO Massive MIMO Intellient surface

Ứng dụng vào hệ thống 5G, 6G

13

Ứng dụng vào hệ thống 5G, 6G

14

• Dùng antenna Transmitarray sẽ giúp cải thiện các khuyết điểm của dải sóng mmWave

Việc sử dụng kỹ thuật beamforming (kỷ thuật tạo bút sóng hẹp) cho các antenna nhằm

hướng chùm tia có độ lợi cao đến thiết bị của người dùng, kỹ thuật này có thể giúp tập

trung tín hiệu vào mục tiêu cụ thể cần truyền đến thay vì phát sóng đi mọi hướng

• Giúp làm giảm sự suy hao do sự khuếch tán tất yếu của sóng ra mọi phương