MỞ ĐẦU ần đây, đặc biệt là sau năm 2000, anten vi dải đƣợc sử dụng rất nhiều trong các G thiết kế anten dành cho điện thoại di động thế hệ mới nhằm thỏa mãn các yêu cầu về băng thông của hệ thống truyền thông di động tế bào, bao gồm GSM (Global System for Mobile communication, 890-960 MHz), DCS (Digital Communication System, 1710-1880 MHZ), UMTS (Universal Mobile Telecommunication System, 1920-2170 MHz). Và mới đây nhất là anten dành cho điện thoại di động thế hệ mới sử dụng công nghệ 4G/LTE hoạt động ở hai dải tần (1800 MHz và 2600 MHz). Anten phẳng cũng rất thích hợp đối với ứng dung trong các thiết bị truyền thông cho hệ thống mạng cục bộ không dây (Wireless Local Area Network, WLAN) trong các dải tần 2. Anten vi dải thƣờng có băng thông hẹp, và việc mở rộng băng thông cũng là nhu cầu rất cần thiết đối với nhiều ứng dụng thực tế hiện nay.
Ngoài ra, việc thiết kế anten cho các loại thiết bị di động cầm tay có kích thƣớc càng ngày càng thu nhỏ nhƣ hiện nay cũng gặp rất nhiều khó khăn. Do đó, việc giảm kích thƣớc và mở rộng băng thông đang là xu hƣớng thiết kế chính cho các ứng dụng thực tế của anten vi dải. Nhiều sự cải tiến đáng kể để thiết kế anten vi dải với đặc tính băng rộng, nhiều băng tần, và tăng ích cao đã đƣợc báo cáo trong một vài năm gần đây. Luận văn tập trung thiết kế một anten vi dải băng rộng và đa dải tần cho thiết bị di động sử dụng công nghệ 4G/TE ở hai băng tần 1800MHz và 2600 MHz.
Luận văn sử dụng phần mềm Ansoft HFSS để thiết kế và mô phỏng. Mạch chế tạo thực tế đƣợc làm trên vật liệu FR4. Luận văn đƣợc trình bày trong ba chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Tìm hiểu về công nghệ 4G/LTE trên thiết bị di động thế hệ mới. Chƣơng 2: Lý thuyết anten cho hệ thống thông tin di động, lý thuyết về anten vi dải, một số thông số cơ bản của anten như hệ số tăng ích, độ định hướng, băng thông, mô hình bức xạ, sự phân cực.
1 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận vănCao học 2014 Chƣơng 3: Quá trình thiết kế, chế tạo và đoanten cho thiết bị di động 4G/LTE hoạt động ở hai dải tần 1800 MHz và 2600 MHz dùng công nghệ mạch dải. Bằng những nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, kết hợp với mô phỏng luận văn đã thực hiện đƣợc những nội dung chính sau đây: Nghiên cứu lý thuyết về anten và anten vi dải. Nêu ra nguyên lý và các phương pháp để xây dựng anten vi dải băng rộng và anten có khả năng hoạt động tại nhiều dải tần. Thiết kế, mô phỏng và chế tạo anten vi dải dẹt có cấu trúc xoắn, tiếp điện dùng đường truyền mạch dải.
Đo đạc và đánh giá các đặc tính của anten được thiết kế như: tần số cộng hưởng, băng thông, trở kháng vào, giản đồ bức xạ thực tế, hệ số tăng ích. Luận văn này đƣợc thực hiện tại Bộ môn thông tin vô tuyến, khoa Điện tử Viễn thông theo hƣớng dẫn của PGS. Trƣơng Vũ Bằng Giang 2 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận vănCao học 2014 CHƢƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ TIẾN TRÌNH PHÁT TRIỂN CỦA CÁC HỆ THỐNG THÔNG TIN DI ĐỘNG 1. Các hệ thống thông tin di động từ 1G đến 3G 1G là chữ viết tắt của công nghệ điện thoại không dây thế hệ đầu tiên (1st Generation).
Các điện thoại chuẩn analog, sử dụng công nghệ 1G với tín hiệu tƣơng tự (analog), đƣợc giới thiệu trên thị trƣờng vào những năm 1980.Sau đó, xuất hiện các điện thoại kỹ thuật số, dùng công nghệ 2G, với sóng số (digital). Thế hệ thứ hai 2G của mạng di động chính thức ra mắt trên chuẩn GSM của Phần Lan, với ba lợi ích hơn hẳn so với thế hệ 1G là cuộc gọi đƣợc mã hóa kỹ thuật số bảo mật tốt hơn, tăng hiệu quả kết nối các thiết bị, và bắt đầu có khả năng thực hiện các dịch vụ số liệu trên điện thoại di động – khởi đầu là tin nhắn SMS.Hiện nay, điện thoại di động 3G là công nghệ truyền thông thế hệ thứ 3, không chỉ cung cấp dịch vụ thoại kỹ thuật số, nó còn cho phép truyền cả dữ liệu thoại và dữ liệu ngoài thoại (tải dữ liệu, gửi email, tin nhắn nhanh SMS, hình ảnh, video. Hệ thống thông tin di động 4G/LTE (Long Term Evolution) 1. Công nghệ 4G/ LTE LTE (viết tắt của cụm từ Long Term Evolution) còn đƣợc gọi là E-UTRA (viết tắt của cụm từ Evolved Universal Terrestrial Radio Access), công nghệ này đƣợc coi nhƣ công nghệ di động thế hệ thứ 4 (4G, nhƣng thực chất LTE mới chỉ đƣợc coi nhƣ 3,9 G [3]).
4G LTE là một chuẩn cho truyền thông không dây tốc độ dữ liệu cao dành cho điện thoại di động và các thiết bị đầu cuối dữ liệu. 1- Logo LTE 3 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận vănCao học 2014 Công nghệ LTE dựa trên các công nghệ mạng GSM/EDGE và UMTS/HSPA, LTE nhờ sử dụng các kỹ thuật điều chế mới và một loạt các giải pháp công nghệ khác nhƣ lập lịch phụ thuộc kênh và thích nghi tốc độ dữ liệu, kỹ thuật đa anten để tăng dung lƣợng và tốc độ dữ liệu. Các tiêu chuẩn của LTE đƣợc tổ chức 3GPP (Dự án đối tác thế hệ thứ 3) ban hành và đƣợc quy định trong một loạt các chỉ tiêu kỹ thuật của Phiên bản 8 [10](Release 8), với những cải tiến nhỏ đƣợc mô tả trong Phiên bản 9. 2- Các tùy chọn nâng cấp lên LTE 1.
Các thông số kỹ thuật Bảng 1. 1 - Các thông số kỹ thuật của LTE Dải tần số Các băng FDD UMTS và TDD UMTS Băng thông kênh, 1 khối 1,4 MHz 3 MHz 5 MHz 10 MHz 15 MHz 20 MHz tài nguyên = 180 kHz DL: OFDMA Mô hình điều chế UL: SC-FDMA DL: OFDMA Đa truy nhập UL: SC-FDMA DL: Có nhiều lựa chọn cấu hình MIMO để phân cực phát, điều chế không gian và phân cực trễ vòng (tối đa 4 anten ở Công nghệ MIMO trạm gốc và đầu cuối). UL: Đa ngƣời dùng kết hợp MIMO 4 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận vănCao học 2014 DL: 150 Mb/s (UE nhóm 4, 2x2 MIMO, 20 MHz), 300 Tốc độ dữ liệu lớn nhất Mb/s (UE nhóm 5, 4x4 MIMO, 20 MHz) UL: 75 Mb/s (20 MHz) 1. Băng tần triển khai LTE Công nghệ LTE phù hợp triển khai trên độ rộng băng tần trong phạm vi từ 1,25 MHz đến 20 MHz, hơn thế nữa, nó có thể hoạt động trong tất cả các băng tần 3GPP theo cặp phổ tần hoặc không theo cặp phổ tần.
Nhƣ vậy, mạng LTE có thể triển khai trên bất cứ băng tần nào đƣợc sử dụng bởi các hệ thống 3GPP. Băng tần hoạt động dành cho công nghệ LTE đƣợc khuyến nghị trong 3GPP TS 36.0 Release 10 đƣợc chỉ ra nhƣ trong bảng dƣới đây. 2- Băng tần hoạt động của LTE Băng tần hoạt động trên Băng tần hoạt động trên STT đƣờng lên (MHz) đƣờng xuống (MHz) Chế độ truyền ( FUL_low - FUL_high) (FDL_low - FDL_high) 1 1920 – 1980 2110 – 2170 FDD 2 1850 – 1910 1930 – 1990 FDD 3 1710 – 1785 1805 – 1880 FDD 4 1710 – 1755 2110 – 2155 FDD 5 824 – 849 869 – 894 FDD 61 830 – 840 875 – 885 FDD 5 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận vănCao học 2014 Băng tần hoạt động trên Băng tần hoạt động trên STT đƣờng lên (MHz) đƣờng xuống (MHz) Chế độ truyền ( FUL_low - FUL_high) (FDL_low - FDL_high) 7 2500 – 2570 2620 – 2690 FDD 8 880 – 915 925 – 960 FDD 9 1749,9 – 1784,9 1844,9 – 1879,9 FDD 10 1710 – 1770 2110 – 2170 FDD 11 1427,9 – 1447,9 1475,9 – 1495,9 FDD 12 699 – 716 729 – 746 FDD 13 777 – 787 746 – 756 FDD 14 788 – 798 758 – 768 FDD 15 Dự trù Dự trù FDD 16 Dự trù Dự trù FDD 17 704 – 716 734 – 746 FDD 18 815 – 830 860 – 875 FDD 19 830 – 845 875 – 890 FDD 20 832 – 862 791 – 821 FDD 21 1447,9 – 1462,9 1495,9 – 1510,9 FDD. 23 2000 – 2020 2180 – 2200 FDD 24 1626,5 – 1660,5 1525 – 1559 FDD 25 1850 – 1915 1930 – 1995 FDD.
33 1900 – 1920 1900 – 1920 TDD 34 2010 – 2025 2010 – 2025 TDD 35 1850 – 1910 1850 – 1910 TDD 6 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận vănCao học 2014 Băng tần hoạt động trên Băng tần hoạt động trên STT đƣờng lên (MHz) đƣờng xuống (MHz) Chế độ truyền ( FUL_low - FUL_high) (FDL_low - FDL_high) 36 1930 – 1990 1930 – 1990 TDD 37 1910 – 1930 1910 – 1930 TDD 38 2570 – 2620 2570 – 2620 TDD 39 1880 – 1920 1880 – 1920 TDD 40 2300 – 2400 2300 – 2400 TDD 41 2496 - 2690 2496 – 2690 TDD 42 3400 - 3600 3400 – 3600 TDD 43 3600 – 3800 3600 – 3800 TDD Chú ý 1: Băng 6 không sử dụng 1. Tổng quan vềAnten 4G/LTE Mục tiêu của LTE (Long Term Evolution) là tăng dung lƣợng và tốc độ truyền dữ liệu của các mạng dữ liệu không dây bằng cách sử dụng các kỹ thuật điều chế và xử lý tín hiệu số (DSP). Công nghệ LTE có thể tăng tốc độ lên gấp 10 lần so với tốc độ của mạng 3G cho các thiết bị di động nhƣ điện thoại thông minh, máy tính bảng, máy tính xách tay,… Tiêu chuẩn LTE có thể hoạt động ở nhiều băng tần khác nhau từ 400MHz đến 4GHz [4]. Trong thực tế, Anten 4G/LTE cho điện thoại di động đã đƣợc thiết kế với rất nhiều hình dạng, kích cỡ và mục đích khác nhau.
Trong tài liệu tham khảo [5] là thiết kế của một anten đa băng cho điện thoại di động 4G/LTE (700MHz/2,5-2,7GHz) với tổng diện tích: 38mmx50mm (đối với phần anten) và 82mmx50mm (đối với phần đất). Anten đã đƣợc thiết kế trên tấm vật liệu FR4 có (εr=4,4) với kích thƣớc 120mmx50mm, độ dày h=0. Trong tài liệu [6], một anten đƣợc thiết kế cho LTE 700, GSM 850, 900, DCS 1800, PCS1900, và LTE 2300, 2500 UMTS trên tấm vật liệu FR4 có (εr=4,4) với kích thƣớc 120mmx60mmx0,8mm và 34mmx12mmx6,5mmm (đối với phần anten đƣợc thiết kế). Tài liệu tham khảo [7] cũng là một thiết kế anten đa băng cho các ứng dụng 7 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com Luận vănCao học 2014 (LTE700/ WCDMA/ UMTS/ WIMAX/ WLAN) và cũng đã đƣợc thiết kế trên vật liệu FR4 nhƣng với (εr=4,5) với kích thƣớc của s1 = 112mm x 50mm, độ dày h1=1mm.