Nghiên cứu tính chất bức xạ điện từ của anten vi dải trong luận văn thạc sĩ khoa học

LỜI CẢM ƠN

MỞ ĐẦU

1. LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ ANTEN

1.1. Giới thiệu chung về anten

1.2. Hệ phương trình Maxwell và nghiệm

1.3. Quá trình vật lý của sự bức xạ sóng điện từ ở anten

1.4. Các thông số đặc trưng của anten

1.4.1. Hàm tính hướng

1.4.2. Đồ thị phương hướng và độ rộng búp sóng

1.4.3. Giản đồ bức xạ

1.4.4. Trở kháng vào của anten. Hệ số định hướng và hệ số tăng ích

1.4.5. Mật độ công suất bức xạ và cường độ bức xạ

1.4.6. Công suất bức xạ đẳng hướng tương đương

1.4.7. Hiệu suất của anten. Tính phân cực của anten

2. ANTEN VI DẢI VÀ ANTEN MẢNG VI DẢI

2.1. Giới thiệu chung về anten vi dải

2.2. Định nghĩa về anten vi dải

2.3. Nguyên lý hoạt động của anten vi dải

2.4. Ưu và nhược điểm của anten vi dải

2.5. Các ứng dụng cơ bản của anten vi dải

2.6. Trường bức xạ của anten vi dải

2.7. Các hình dạng cơ bản của anten vi dải

2.8. Các kỹ thuật tiếp điện cho anten vi dải

2.9. Anten mảng vi dải

2.9.1. Định nghĩa anten mảng vi dải

2.9.2. Hệ thống tiếp điện của mảng anten vi dải

3. THIẾT KẾ, MÔ PHỎNG VÀ KIỂM TRA CÁC THÔNG SỐ CỦA ANTEN VI DẢI BẰNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG SIÊU CAO TẦN ADS VÀ MATLAB

3.1. Giới thiệu phần mềm mô phỏng ADS (Advanced Design System)

3.2. Các thông số cần thiết trong thiết kế và mô phỏng anten vi dải và mảng anten vi dải

3.2.1. Chiều rộng patch

3.2.2. Kỹ thuật tiếp điện

3.2.3. Trở kháng vào tại tần số cộng hưởng

3.3. Thiết kế và mô phỏng anten vi dải sử dụng phần mềm mô phỏng ADS và Matlab

3.3.1. Mô phỏng anten đơn

3.3.2. Mô phỏng mảng anten

3.4. Kiểm tra các thông số của anten vi dải

3.5. Kiểm tra các thông số quan trọng của mảng anten vi dải

TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Lý thuyết cơ bản về anten

Phần này trình bày các khái niệm cơ bản về anten, bao gồm vai trò của anten trong việc thu và phát sóng bức xạ điện từ. Anten được định nghĩa là thiết bị chuyển tiếp giữa không gian tự do và thiết bị dẫn sóng. Các hệ phương trình Maxwell được sử dụng để mô tả quá trình lan truyền sóng điện từ. Quá trình vật lý của sự bức xạ sóng điện từ được giải thích thông qua ví dụ về mạch dao động LC, nơi năng lượng điện từ thoát ra khỏi nguồn và truyền đi trong không gian tự do.

1.1 Giới thiệu chung về anten

Anten là thiết bị quan trọng trong các hệ thống vô tuyến, có nhiệm vụ biến đổi năng lượng điện từ cao tần thành sóng điện từ tự do. Anten được phân loại dựa trên hình dạng và kiểu bức xạ, bao gồm anten đường, anten góc mở, anten vi dải, anten mảng, và anten phản xạ. Mỗi loại anten có ưu điểm và ứng dụng riêng, phù hợp với các yêu cầu kỹ thuật khác nhau.

1.2 Hệ phương trình Maxwell và nghiệm

Hệ phương trình Maxwell là nền tảng lý thuyết để nghiên cứu bức xạ điện từ. Các phương trình này mô tả mối quan hệ giữa điện trường, từ trường, và dòng điện. Nghiệm của hệ phương trình Maxwell cho biết cách thức lan truyền của sóng điện từ trong không gian, từ đó giúp hiểu rõ hơn về quá trình bức xạ của anten.

1.3 Quá trình vật lý của sự bức xạ sóng điện từ

Quá trình bức xạ sóng điện từ xảy ra khi năng lượng điện từ thoát ra khỏi nguồn và truyền đi trong không gian tự do. Ví dụ với mạch dao động LC, khi kích thước của tụ điện được mở rộng, dòng dịch lan tỏa ra nhiều hơn, tạo ra điện trường biến thiên. Điện trường này truyền với vận tốc ánh sáng và hình thành sóng điện từ.

II. Anten vi dải và anten mảng vi dải

Phần này tập trung vào cấu trúc vi dải của anten, bao gồm định nghĩa, nguyên lý hoạt động, và các ứng dụng của anten vi dải. Anten vi dải được cấu tạo từ một miếng kim loại mỏng đặt trên bề mặt đất, cách nhau bởi lớp điện môi. Loại anten này có ưu điểm về kích thước nhỏ gọn, chi phí thấp, và dễ tích hợp vào các thiết bị di động. Các kỹ thuật tiếp điện và trường bức xạ của anten vi dải cũng được phân tích chi tiết.

2.1 Giới thiệu chung về anten vi dải

Anten vi dải là loại anten phẳng, được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền thông không dây. Cấu tạo của anten vi dải bao gồm một miếng kim loại mỏng đặt trên bề mặt đất, cách nhau bởi lớp điện môi. Anten này có ưu điểm về kích thước nhỏ, chi phí thấp, và dễ chế tạo, phù hợp với các ứng dụng trong thiết bị di động và hệ thống WLAN.

2.2 Nguyên lý hoạt động của anten vi dải

Nguyên lý hoạt động của anten vi dải dựa trên sự lan truyền sóng điện từ trong lớp điện môi. Khi được cấp nguồn, sóng điện từ lan truyền trong lớp điện môi và bức xạ ra không gian tự do. Các thông số như trở kháng vào, băng thông, và hiệu suất bức xạ được tính toán để tối ưu hóa hiệu suất của anten.

2.3 Ứng dụng của anten vi dải

Anten vi dải được ứng dụng rộng rãi trong các hệ thống truyền thông không dây, bao gồm GSM, DCS, PCS, và UMTS. Loại anten này cũng được sử dụng trong các thiết bị WLAN, nhờ vào ưu điểm về kích thước nhỏ gọn và khả năng tích hợp cao.

III. Thiết kế mô phỏng và kiểm tra các thông số của anten vi dải

Phần này trình bày quy trình thiết kế anten vi dải sử dụng phần mềm mô phỏng siêu cao tần ADS và MATLAB. Các thông số quan trọng như chiều rộng patch, kỹ thuật tiếp điện, và trở kháng vào được tính toán và tối ưu hóa. Kết quả mô phỏng được kiểm tra để đảm bảo anten đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật về băng thông và hiệu suất bức xạ.

3.1 Giới thiệu phần mềm mô phỏng ADS

Phần mềm ADS (Advanced Design System) được sử dụng để mô phỏng và thiết kế anten vi dải. ADS cung cấp các công cụ mạnh mẽ để tính toán các thông số như trở kháng vào, băng thông, và hiệu suất bức xạ. Phần mềm này giúp tối ưu hóa thiết kế anten trước khi chế tạo thực tế.

3.2 Thiết kế và mô phỏng anten vi dải

Quy trình thiết kế anten vi dải bao gồm việc xác định các thông số như chiều rộng patch, kỹ thuật tiếp điện, và trở kháng vào. Các thông số này được tính toán và tối ưu hóa bằng phần mềm ADS và MATLAB. Kết quả mô phỏng được kiểm tra để đảm bảo anten đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật.

3.3 Kiểm tra các thông số của anten vi dải

Sau khi thiết kế và mô phỏng, các thông số quan trọng của anten vi dải như hệ số phản xạ, băng thông, và hiệu suất bức xạ được kiểm tra. Kết quả kiểm tra giúp đánh giá hiệu suất của anten và đảm bảo anten đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật trong thực tế.

Luận Văn Thạc Sĩ Khoa Học: Nghiên Cứu Tính Chất Bức Xạ Điện Từ Của Anten Vi Dải