Thiết Kế Ăng-Ten Băng Tần Milimet Độ Lợi Cao Sử Dụng Công Nghệ Ống Dẫn Sóng Tích Hợp

• Tác giả: Trương Thị Thêm
• Người hướng dẫn: TS. Lê Minh Thùy
• Trường học: Trường Đại Học Bách Khoa Hà Nội
• Chuyên ngành: Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa
• Đề tài: Thiết Kế Ăng-Ten Băng Tần Milimet Độ Lợi Cao Cho Trạm Thu Phát Gốc
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Hà Nội

• 1. CHƯƠNG 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 1.1. Xu hướng phát triển trạm thu phát gốc
• 1.2. Lịch sử phát triển của ăng-ten trong các trạm thu phát sóng
• 1.3. Các phương pháp phân bố công suất cho ăng-ten mảng tuyến tính
• 1.4. Công nghệ ống dẫn sóng tích hợp trong chất nền (SIW)
• 1.4.1. Cấu trúc chung ống dẫn sóng tích hợp trong chất nền
• 1.4.2. Nguyên lý và phương pháp thiết kế
• 1.4.3. Ứng dụng công nghệ SIW
• 1.4.4. Đường chuyển đổi giữa ống dẫn sóng trong chất nền (SIW) và đường truyền vi dải hoặc GCPW
• 1.4.5. Công nghệ AFSIW, Slab-AFSIW
• 2. CHƯƠNG 2: ĂNG-TEN BĂNG TẦN MILIMET ĐỘ LỢI CAO
• 2.1. Ăng-ten mảng răng lược theo phân bố Taylor
• 2.1.1. Cấu hình ăng-ten mảng răng lược
• 2.1.2. Ăng-ten mảng răng lược ống dẫn sóng
• 2.1.3. Ăng-ten răng lược vi dải
• 2.1.4. Ăng-ten răng lược vi dải đề xuất với phân bố Taylor và quy trình thiết kế
• 2.1.5. Tính toán kích thích sóng truyền cho ăng-ten răng lược vi dải đề xuất với phân bố Taylor
• 2.1.6. Mô phỏng ăng-ten răng lược vi dải đề xuất với phân bố Taylor
• 2.1.7. Mô phỏng mảng 2 phần tử ăng-ten răng lược vi dải đề xuất
• 2.2. Ăng-ten dipole sử dụng công nghệ ống dẫn sóng trong chất nền
• 3. CHƯƠNG 3: PHÁT TRIỂN ĂNG-TEN MẢNG CHO ỨNG DỤNG ĐỊNH DẠNG BÚP SÓNG
• 3.1. Thiết kế mảng ăng-ten răng lược vi dải có điều hướng búp sóng
• 3.2. Hướng phát triển của luận văn trong tương lai
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

I. Tổng Quan Về Thiết Kế Ăng Ten Băng Tần Milimet Độ Lợi Cao

Nhu cầu sử dụng mạng tốc độ cao và dung lượng lớn ngày càng tăng, đòi hỏi các trạm thu phát sóng phải có công nghệ tiên tiến để tăng hiệu suất truyền nhận. Công nghệ 5G NR (New Radio) ra đời để đáp ứng nhu cầu này, cung cấp các dịch vụ mới như eMBB (enhanced Mobile Broadband), URLLC (Ultra-reliable low-latency communication) và mMTC (massive Machine Type Communications). Trong đó, eMBB hứa hẹn tốc độ dữ liệu cực nhanh, tạo điều kiện cho các ứng dụng đòi hỏi băng thông lớn như truyền video độ nét cao, thực tế ảo và thực tế tăng cường. Mục tiêu không chỉ là tốc độ nhanh hơn mà còn là trải nghiệm tuyệt vời cho người dùng ở những khu vực đông đúc. Công nghệ định dạng búp sóng (beamforming) sử dụng mảng ăng-ten lớn để định dạng chùm tia bằng cách điều chỉnh pha và biên độ của các phần tử ăng-ten. Điều này giúp tập trung năng lượng và tăng cường tín hiệu đến người dùng, đồng thời giảm nhiễu và cải thiện hiệu suất tổng thể của hệ thống.

1.1. Lịch Sử Phát Triển Ăng Ten Cho Trạm Thu Phát Sóng

Lịch sử phát triển ăng-ten cho trạm thu phát sóng trải qua 5 giai đoạn chính. Thế hệ đầu tiên sử dụng mảng ăng-ten tuyến tính với đồ thị bức xạ cố định. Thế hệ thứ hai phát triển thêm công nghệ phân cực kép và điều chỉnh búp sóng. Thế hệ thứ ba sử dụng số lượng lớn phần tử ăng-ten để tăng độ lợi. Thế hệ thứ tư cho phép kích thích độc lập từng phần tử để định dạng chùm tia. Thế hệ thứ năm (5G) khai thác tần số cao hơn (sub-6G và milimeterwave) và duy trì các công nghệ như phân cực kép và cách ly cổng cao. Theo tài liệu gốc, 'Đối với cấu hình ăng-ten cho trạm thu phát sóng di động, có thể tóm tắt giai đoạn phát triển thành 5 giai đoạn chính'.

1.2. Xu Hướng Phát Triển Của Trạm Thu Phát Gốc 5G

Các quy hoạch về chỉ tiêu kỹ thuật cho 5G của tổ chức viễn thông quốc tế (ITU-R IMT-2020) đặt ra mục tiêu tốc độ kết nối cao (20Gb/s), độ trễ thấp (1ms) và mật độ kết nối lớn (hàng nghìn thiết bị/km2). Để đáp ứng yêu cầu này, công nghệ mili-mét được sử dụng để khai thác các băng tần tiềm năng ở dải cận 300GHz. Việc triển khai hệ thống mạng 5G với công nghệ mili-mét cùng các vấn đề về độ trễ, lượng truy nhập lớn yêu cầu các nhà nghiên cứu phải kết hợp áp dụng thêm nhiêu công nghệ khác nhau và nổi bật nhất là small cell, massive MIMO, full duplex và định dạng búp sóng.

II. Thách Thức và Giải Pháp Thiết Kế Ăng Ten Băng Tần Milimet

Việc triển khai ăng-ten băng tần milimet gặp nhiều thách thức do đặc tính lan truyền của sóng milimet. Sóng milimet dễ bị hấp thụ bởi vật cản và môi trường, dẫn đến suy hao tín hiệu lớn. Để khắc phục, cần sử dụng các kỹ thuật như small cell và beamforming. Small cell là các trạm thu phát gốc cỡ nhỏ, được triển khai dày đặc để giảm khoảng cách truyền dẫn. Beamforming tập trung năng lượng vào một hướng cụ thể, tăng cường tín hiệu và giảm nhiễu. Ngoài ra, việc lựa chọn vật liệu và cấu trúc ăng-ten phù hợp cũng rất quan trọng để đạt được hiệu suất cao. Các phương pháp tối ưu hóa ăng-ten và mô phỏng ăng-ten bằng phần mềm chuyên dụng như HFSS và CST Microwave Studio giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và độ tin cậy của ăng-ten.

2.1. Vấn Đề Suy Hao Tín Hiệu Trong Băng Tần Milimet

Một trong những nhược điểm lớn của mili-mét đó chính là chúng khó có thể truyền qua các vật cản như các tòa nhà, cây cối hay bị hấp thụ nhiều bởi sương mù và mưa – những điều kiện vốn rất phổ biến trong môi trường thành thị. Đó chính là lý do tại sao công nghệ small cell ra đời. Small cell là các là các trạm thu phát gốc (BTS) cỡ nhỏ, hoạt động với công suất thấp. Chúng được đặt cách nhau 250 mét hoặc xa hơn.

2.2. Giải Pháp Sử Dụng Công Nghệ Small Cell và Beamforming

Công nghệ định dạng búp sóng sẽ giải quyết được vấn đề đó. Bằng khả năng điều hướng búp sóng, tập trung công suất thu-phát tín hiệu vào một vùng không gian hẹp hướng tới thiết bị của người dùng, công nghệ này sẽ tận dụng hiệu quả công suất của trạm phát tín hiệu và thiết lập kết nối không dây một cách chủ động. Đồng thời định dạng búp sóng cũng triệt tiêu bức xạ tín hiệu ở các hướng không cần thiết giúp giảm nhiễu và hiện tượng chồng lấn tín hiệu từ các trạm BTS gần nhau.

III. Phương Pháp Thiết Kế Ăng Ten Mảng Răng Lược Độ Lợi Cao

Luận văn tập trung nghiên cứu ăng-ten băng tần milimet có độ lợi cao sử dụng công nghệ ống dẫn sóng tích hợp trong chất nền cho trạm thu phát gốc. Đề xuất thiết kế ăng-ten combine vi dải dựa theo phân bố Taylor cho hiệu suất và độ lợi cao cho các ứng dụng milimet và trạm thu phát gốc. Ăng-ten mảng răng lược theo phân bố Taylor là một giải pháp hiệu quả để đạt được độ lợi cao trong băng tần milimet. Cấu trúc này bao gồm nhiều phần tử răng lược được sắp xếp theo một mảng, với khoảng cách và kích thước được tối ưu hóa để tạo ra một chùm tia hẹp và mạnh. Phân bố Taylor được sử dụng để điều chỉnh biên độ của các phần tử, giảm mức sidelobe và cải thiện hiệu suất tổng thể. Việc sử dụng ống dẫn sóng tích hợp trong chất nền (SIW) giúp giảm tổn hao và tăng cường tính ổn định của ăng-ten.

3.1. Cấu Hình Ăng Ten Mảng Răng Lược và Ống Dẫn Sóng

Cấu trúc ăng-ten mảng răng lược ống dẫn sóng gồm nhiều và 2 ống dẫn sóng. Cấu hình của một khe dẫn sóng với khoang kết thúc mở. Cấu trúc ăng-ten răng lược vi dải với cấu trúc khe khủ phản xạ. Mối quan hệ giữa công suất bức xạ, công suất truyền dẫn và công suất đầu vào. Bộ số khẩu độ và hệ số coupling của từng phần tử bức xạ theo vị trí cho mức sidelobe SLL=-20db.

3.2. Tính Toán và Mô Phỏng Ăng Ten Răng Lược Vi Dải

Hệ số phản xạ S11 của ăng-ten răng lược vi dải đề xuất. Đồ thị bức xạ 3D. Đồ thị bức xạ của ăng-ten răng lược vi dải đề xuất được cắt theo 2 mặt phẳng. Mảng ăng-ten 2 phần tử răng lược vi dải đều xuất. Hệ số S11 của mảng ăng-ten 2 phần tử răng lược vi dải đều xuất. Đồ thị bức xạ mảng ăng-ten răng lược vi dải đề xuất được cắt theo 2 mặt phẳng.

IV. Thiết Kế Ăng Ten Dipole Sử Dụng Công Nghệ Ống Dẫn Sóng SIW

Một phương pháp khác để thiết kế ăng-ten băng tần milimet độ lợi cao là sử dụng ăng-ten dipole kết hợp với công nghệ ống dẫn sóng tích hợp trong chất nền (SIW). Ăng-ten dipole là một cấu trúc đơn giản nhưng hiệu quả, có thể được tối ưu hóa để hoạt động ở tần số cao. Việc tích hợp ăng-ten dipole vào ống dẫn sóng SIW giúp cải thiện đáng kể hiệu suất và độ ổn định của ăng-ten. SIW cung cấp một môi trường truyền dẫn được bảo vệ, giảm thiểu tổn hao và nhiễu. Cấu trúc này đặc biệt phù hợp cho các ứng dụng trạm thu phát gốc, nơi yêu cầu độ tin cậy và hiệu suất cao.

4.1. Cấu Trúc Ăng Ten Dipole và Ống Dẫn Sóng SIW

Cấu trúc ăng-ten dipole sử dụng công nghệ ống dẫn sóng trong chất nền. Hệ số phản xạ S11 của ăng-ten dipole sử dụng công nghệ SIW. Bảng 2. 2 Một số nghiên cứu ăng-ten SIW dải tần 28GHz . 36

V. Phát Triển Ăng Ten Mảng Cho Ứng Dụng Định Dạng Búp Sóng

Để tăng cường khả năng định hướng và hiệu suất của ăng-ten băng tần milimet, có thể phát triển ăng-ten mảng cho ứng dụng định dạng búp sóng. Mảng ăng-ten bao gồm nhiều phần tử ăng-ten được sắp xếp theo một cấu trúc nhất định, với khả năng điều chỉnh pha và biên độ của từng phần tử. Điều này cho phép tạo ra các chùm tia có hình dạng và hướng mong muốn, tăng cường tín hiệu và giảm nhiễu. Mạch dịch pha ma trận Butler 4x4 AFSIW có thể được sử dụng để điều khiển pha của các phần tử ăng-ten, tạo ra các chùm tia khác nhau và mở rộng phạm vi phủ sóng.

5.1. Thiết Kế Mảng Ăng Ten Răng Lược Vi Dải Điều Hướng Búp Sóng

Mô hình mảng ăng-ten có điều hướng búp sóng bằng ma trận butler. Ma trận Butler 4x4 AFSIW- kết quả đồ án của cựu sinh viên Vũ Hồng Tiến lab RF3I – viện Điện, Đại học Bách khoa Hà Nội. Hệ thống mảng bốn ăng-ten răng lược phần tử vi dải dịch pha.

5.2. Mạch Dịch Pha và Kết Quả Mô Phỏng

Bộ chuyển đổi từ AFSIW sang SIW. Bộ chuyển đổi SIW sang đường vi dải. Cấu trúc hoàn chỉnh bộ chuyển đổi AFSIW sang đường vi dải. Hệ số S của bộ chuyển đổi AFSIW sang đường vi dải. Cấu trúc ăng-ten có kết hợp mạch dịch pha cho ứng dụng định dạng búp sóng. Hệ số phản xạ của mảng 4 phần tử ăng-ten răng lược vi dải có định dạng búp sóng. Hệ số cách ly giữa các cổng đầu vào. Đồ thị bức xạ của mảng 4 ăng-ten phần tử ăng-ten răng lược vi dải. Đồ thị bức xạ của mảng ăng-ten răng lược có điều chỉnh búp sóng hoàn chỉnh.

VI. Kết Luận và Hướng Phát Triển Cho Ăng Ten Băng Tần Milimet

Luận văn đã trình bày các phương pháp thiết kế ăng-ten băng tần milimet độ lợi cao cho trạm thu phát gốc, bao gồm ăng-ten mảng răng lược và ăng-ten dipole sử dụng công nghệ ống dẫn sóng tích hợp trong chất nền (SIW). Các kết quả mô phỏng cho thấy các cấu trúc này có tiềm năng đáp ứng yêu cầu về hiệu suất và độ tin cậy cho các ứng dụng 5G. Hướng phát triển trong tương lai có thể tập trung vào việc tối ưu hóa cấu trúc ăng-ten, sử dụng vật liệu mới và phát triển các kỹ thuật định dạng búp sóng tiên tiến hơn. Ngoài ra, việc nghiên cứu các ứng dụng thực tế của ăng-ten băng tần milimet trong các hệ thống thông tin di động, radar và vệ tinh cũng là một hướng đi đầy tiềm năng.

6.1. Tóm Tắt Kết Quả Nghiên Cứu và Đóng Góp

Luận văn tập trung nghiên cứu ăng-ten băng tần milimet có độ lợi cao sử dụng công nghệ ống dẫn sóng tích hợp trong chất nền cho trạm thu phát gốc. Đề xuất thiết kế ăng-ten combine vi dải dựa theo phân bố Taylor cho hiệu suất và độ lợi cao cho các ứng dụng milimet và trạm thu phát gốc.

6.2. Hướng Phát Triển và Ứng Dụng Tương Lai

Hướng phát triển của luân văn trong tương lai. Cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật tối ưu hóa ăng-ten, sử dụng vật liệu mới và phát triển các kỹ thuật định dạng búp sóng tiên tiến hơn. Ngoài ra, việc nghiên cứu các ứng dụng thực tế của ăng-ten băng tần milimet trong các hệ thống thông tin di động, radar và vệ tinh cũng là một hướng đi đầy tiềm năng.

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ viễn thông thế hệ thứ năm (5G), việc thiết kế ăng-ten băng tần milimet với độ lợi cao trở thành một yêu cầu cấp thiết nhằm đáp ứng nhu cầu truyền tải dữ liệu tốc độ cao và dung lượng lớn. Theo báo cáo của ngành, dải tần milimet (từ 28 GHz đến 39 GHz) được xem là phổ tần số tiềm năng cho các ứng dụng 5G, đặc biệt trong các trạm thu phát gốc (BTS) small cell nhằm tăng cường vùng phủ sóng và chất lượng dịch vụ. Tuy nhiên, việc truyền sóng ở dải tần này gặp nhiều thách thức như tổn hao do vật cản, suy hao truyền dẫn và nhiễu tín hiệu.

Luận văn tập trung nghiên cứu thiết kế ăng-ten băng tần milimet có độ lợi cao sử dụng công nghệ ống dẫn sóng tích hợp trong chất nền (Substrate Integrated Waveguide - SIW) cho trạm thu phát gốc. Mục tiêu chính là đề xuất các cấu trúc ăng-ten mảng răng lược vi dải và ăng-ten dipole ứng dụng công nghệ SIW, nhằm tối ưu hóa hiệu suất bức xạ, độ lợi và băng thông hoạt động trong dải tần 23-34 GHz. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào thiết kế, mô phỏng và đánh giá hiệu quả ăng-ten tại Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội trong giai đoạn 2021-2022.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các giải pháp ăng-ten nhỏ gọn, hiệu suất cao cho mạng 5G, góp phần nâng cao chất lượng kết nối và hỗ trợ các ứng dụng băng thông rộng như truyền video độ nét cao, thực tế ảo và IoT trong môi trường đô thị phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Lý thuyết mảng ăng-ten tuyến tính và phân bố công suất: Bao gồm các phương pháp phân bố Schelkunoff Polynomial, Chebyshev và Taylor để điều chỉnh biên độ kích thích các phần tử ăng-ten nhằm kiểm soát độ rộng búp sóng và mức thùy bên (sidelobe level - SLL). Phân bố Taylor được lựa chọn trong thiết kế ăng-ten răng lược vi dải với mức SLL -20 dB nhằm đạt độ lợi cao và búp sóng hẹp.

• Công nghệ ống dẫn sóng tích hợp trong chất nền (SIW): SIW là công nghệ tích hợp ống dẫn sóng kim loại truyền thống lên chất nền mạch in, giúp thu gọn kích thước thiết bị và giảm chi phí sản xuất. SIW chủ yếu truyền sóng theo chế độ TE10 với tổn hao thấp, phù hợp cho các ứng dụng tần số milimet.

• Mô hình mạch dịch pha ma trận Butler 4x4 AFSIW: Sử dụng trong hệ thống định dạng búp sóng (beamforming) để điều khiển hướng búp sóng của mảng ăng-ten, tăng cường hiệu quả truyền nhận tín hiệu trong mạng 5G.

Các khái niệm chính bao gồm: hệ số mảng (Array Factor - AF), độ lợi ăng-ten (Gain), mức thùy bên (SLL), công nghệ SIW, mảng ăng-ten răng lược vi dải, và ma trận Butler.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu thu thập từ các mô phỏng điện từ bằng phần mềm CST Microwave Studio 2019, kết hợp với các tài liệu chuyên ngành và nghiên cứu trước đó về ăng-ten milimet và công nghệ SIW.

• Phương pháp phân tích: Thiết kế ăng-ten dựa trên lý thuyết mảng tuyến tính và phân bố Taylor, mô phỏng đặc tính bức xạ, hệ số phản xạ S11, hệ số coupling và hiệu suất bức xạ. Phân tích hiệu quả của các cấu trúc ăng-ten răng lược vi dải và ăng-ten dipole SIW thông qua các chỉ số như độ lợi, băng thông, và mức thùy bên.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu diễn ra trong năm 2021-2022, bao gồm giai đoạn thiết kế, mô phỏng, tối ưu hóa và đánh giá kết quả.

• Cỡ mẫu và chọn mẫu: Thiết kế mô phỏng với mảng ăng-ten 27 phần tử răng lược vi dải và mảng 2 phần tử, cùng với ăng-ten dipole đơn lẻ sử dụng công nghệ SIW. Lựa chọn cấu trúc và số lượng phần tử dựa trên yêu cầu độ lợi và băng thông cho trạm thu phát gốc.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Thiết kế ăng-ten răng lược vi dải theo phân bố Taylor: Mảng 27 phần tử với phân bố Taylor đạt độ lợi 17,9 dBi, băng thông hoạt động rộng 38,59% (từ 23 GHz đến 34 GHz), mức thùy bên SLL đạt -21 dB và -18,4 dB trên hai mặt phẳng E và H. Hệ số phản xạ S11 duy trì dưới -10 dB trong toàn bộ dải tần.

2. Mảng ăng-ten 2 phần tử răng lược vi dải: Với khoảng cách một bước sóng và cấp cùng pha, mảng đạt độ lợi 20,7 dBi, băng thông tương tự 38,59%, mức SLL lần lượt -18,4 dB và -18,3 dB trên mặt phẳng E và H, cho thấy khả năng mở rộng hiệu quả cho các hệ thống massive MIMO.

3. Ăng-ten dipole sử dụng công nghệ SIW: Thiết kế ăng-ten dipole trên hai lớp chất nền Rogers 4003C đạt băng thông 14% (27,1 GHz đến 31,2 GHz) với độ lợi tối đa 9,9 dBi tại 28 GHz. Kích thước nhỏ gọn (khoảng 1λ × 1λ) và hệ số phản xạ S11 dưới -10 dB cho thấy tính khả thi ứng dụng trong trạm thu phát gốc.

4. Hệ thống định dạng búp sóng với ma trận Butler 4x4 AFSIW: Ma trận Butler hoạt động trong dải tần 27-29 GHz, hệ số phản xạ đầu vào dưới -15 dB, độ cách ly giữa các cổng trên 15 dB, sai lệch pha dưới 5°, cho phép điều khiển hướng búp sóng chính xác, phù hợp cho ứng dụng beamforming trong mạng 5G.

Thảo luận kết quả

Kết quả mô phỏng cho thấy ăng-ten răng lược vi dải với phân bố Taylor là giải pháp hiệu quả để đạt độ lợi cao và băng thông rộng trong dải tần milimet, đồng thời kiểm soát tốt mức thùy bên, giảm nhiễu và tăng chất lượng tín hiệu. Việc sử dụng cấu trúc khe triệt phản xạ và cột kim loại giúp giảm sóng phản xạ, nâng cao hiệu suất bức xạ.

So với các nghiên cứu trước, thiết kế ăng-ten dipole SIW của luận văn đạt độ lợi cao hơn (9,9 dBi so với khoảng 7-9,6 dBi) mặc dù băng thông nhỏ hơn, nhưng với kích thước nhỏ gọn và cấu trúc cấp nguồn GCPW linh hoạt, phù hợp cho ứng dụng thực tế.

Việc tích hợp ma trận Butler 4x4 AFSIW với mảng ăng-ten răng lược vi dải qua bộ chuyển đổi AFSIW-SIW và SIW-vi dải giúp giảm tổn hao năng lượng do thay đổi chế độ lan truyền sóng, đồng thời thu gọn kích thước hệ thống, đáp ứng yêu cầu định dạng búp sóng trong mạng 5G.

Dữ liệu có thể được trình bày qua các biểu đồ hệ số phản xạ S11, đồ thị bức xạ 3D, và bảng so sánh độ lợi, băng thông với các nghiên cứu khác để minh họa hiệu quả thiết kế.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Tối ưu hóa thiết kế ăng-ten răng lược vi dải: Tiếp tục nghiên cứu giảm kích thước phần tử bức xạ và khoảng cách giữa các phần tử để tăng mật độ mảng, nâng cao độ lợi và khả năng ghép nối mảng lớn (massive antenna). Thời gian thực hiện: 6-12 tháng, chủ thể: nhóm nghiên cứu RF3I.

2. Phát triển công nghệ chuyển đổi AFSIW-SIW và SIW-vi dải: Nâng cao hiệu suất chuyển đổi, giảm tổn hao và mở rộng băng thông hoạt động cho các bộ chuyển đổi, hỗ trợ tích hợp hệ thống beamforming. Thời gian: 12 tháng, chủ thể: phòng thí nghiệm vi sóng.

3. Mở rộng ứng dụng ăng-ten dipole SIW: Thiết kế và thử nghiệm các cấu trúc đa phần tử dipole SIW để tăng độ lợi và băng thông, phù hợp cho các trạm thu phát gốc nhỏ gọn. Thời gian: 9 tháng, chủ thể: nhóm thiết kế ăng-ten.

4. Triển khai thử nghiệm thực tế: Lắp đặt và đánh giá hiệu suất ăng-ten trong môi trường đô thị với các trạm small cell 5G, thu thập dữ liệu thực tế để điều chỉnh thiết kế phù hợp. Thời gian: 12-18 tháng, chủ thể: hợp tác với nhà mạng và viện nghiên cứu.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và kỹ sư viễn thông: Có thể áp dụng các phương pháp thiết kế ăng-ten milimet độ lợi cao và công nghệ SIW để phát triển thiết bị truyền dẫn cho mạng 5G và các hệ thống không dây tần số cao.

2. Doanh nghiệp sản xuất thiết bị vi sóng: Tham khảo cấu trúc ăng-ten và bộ chuyển đổi tích hợp để cải tiến sản phẩm, giảm kích thước và chi phí sản xuất, nâng cao hiệu suất thiết bị.

3. Sinh viên và học viên cao học ngành Kỹ thuật Điều khiển và Tự động hóa, Điện tử Viễn thông: Nắm bắt kiến thức chuyên sâu về thiết kế ăng-ten mảng, công nghệ SIW và ứng dụng beamforming trong mạng 5G.

4. Các tổ chức nghiên cứu và phát triển công nghệ 5G: Sử dụng kết quả nghiên cứu để phát triển các giải pháp ăng-ten tích hợp, hỗ trợ triển khai mạng small cell và massive MIMO trong thực tế.

Câu hỏi thường gặp

1. Công nghệ SIW là gì và ưu điểm của nó trong thiết kế ăng-ten?
   SIW (Substrate Integrated Waveguide) là công nghệ tích hợp ống dẫn sóng kim loại lên chất nền mạch in, giúp thu nhỏ kích thước thiết bị, giảm chi phí và tổn hao truyền dẫn so với ống dẫn sóng kim loại truyền thống. SIW phù hợp cho tần số milimet, đảm bảo hiệu suất cao và dễ dàng tích hợp với các mạch vi sóng khác.

2. Phân bố Taylor có vai trò gì trong thiết kế ăng-ten mảng?
   Phân bố Taylor giúp điều chỉnh biên độ kích thích các phần tử ăng-ten để kiểm soát mức thùy bên (sidelobe level) và độ rộng búp sóng, từ đó tăng độ lợi và giảm nhiễu. Trong nghiên cứu, phân bố Taylor với mức SLL -20 dB được sử dụng để đạt hiệu suất bức xạ tối ưu.

3. Làm thế nào để giảm sóng phản xạ trong ăng-ten răng lược vi dải?
   Nghiên cứu đề xuất sử dụng cấu trúc khe triệt phản xạ và cột kim loại đặt trước phần tử bức xạ để hủy bỏ sóng phản xạ quay trở lại điểm cấp liệu, giúp tăng hiệu suất bức xạ và ổn định đặc tính phản xạ tổng thể.

4. Ma trận Butler 4x4 AFSIW có tác dụng gì trong hệ thống ăng-ten?
   Ma trận Butler 4x4 AFSIW là mạch dịch pha analog giúp điều khiển pha tín hiệu cấp tới từng phần tử ăng-ten, tạo ra các búp sóng định hướng khác nhau (beamforming), tăng cường chất lượng kết nối và giảm nhiễu trong mạng 5G.

5. Ứng dụng thực tế của ăng-ten milimet độ lợi cao trong mạng 5G là gì?
   Ăng-ten milimet độ lợi cao được sử dụng trong các trạm thu phát gốc small cell để tăng vùng phủ sóng, nâng cao dung lượng và tốc độ truyền dữ liệu, hỗ trợ các dịch vụ băng thông rộng như video HD, thực tế ảo, IoT và các ứng dụng đòi hỏi độ trễ thấp.

Kết luận

• Luận văn đã thiết kế thành công ăng-ten răng lược vi dải 27 phần tử với độ lợi 17,9 dBi, băng thông 38,59% và mức thùy bên thấp, phù hợp cho trạm thu phát gốc milimet.
• Mảng 2 phần tử răng lược vi dải đạt độ lợi 20,7 dBi, chứng minh khả năng mở rộng cho hệ thống massive MIMO.
• Thiết kế ăng-ten dipole SIW đạt độ lợi 9,9 dBi với kích thước nhỏ gọn, băng thông 14%, phù hợp ứng dụng thực tế.
• Hệ thống định dạng búp sóng sử dụng ma trận Butler 4x4 AFSIW hoạt động ổn định trong dải 27-29 GHz, hỗ trợ beamforming hiệu quả.
• Đề xuất các hướng nghiên cứu tiếp theo bao gồm tối ưu hóa kích thước phần tử, nâng cao hiệu suất bộ chuyển đổi và thử nghiệm thực tế trong môi trường đô thị.

Hành động tiếp theo: Khuyến khích các nhóm nghiên cứu và doanh nghiệp ứng dụng kết quả để phát triển thiết bị ăng-ten milimet hiệu suất cao, đồng thời triển khai thử nghiệm thực tế nhằm hoàn thiện công nghệ cho mạng 5G và tương lai.