Download luận án tiến sĩ với đề tài: Nghiên cứu giải pháp cải thiện một số tham số của anten mảng trong hệ thống thông tin vô tuyến, cho các bạn làm luận án tham khảo

1. i
_______________________________________________________________________________
LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan rằng những kết quả khoa học được trình bày trong luận án này là công
trình nghiên cứu của riêng tôi. Những kết quả trong luận án là trung thực và chưa được các
tác giả khác công bố. Các tài liệu tham khảo đều được trích dẫn đầy đủ, rõ ràng và trung
thực.
Xác nhận của giáo viên hướng dẫn Hà Nội, ngày tháng năm 2018
Tác giả luận án
Nguyễn Ngọc Lan

2. ii
_______________________________________________________________________________
LỜI CẢM ƠN
Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lời cảm ơn tới TS Lâm Hồng Thạch và PGS.TS Bernard Journet
đã hướng dẫn tôi trong suốt thời gian qua. Đặc biệt tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới PGS.
TS Vũ Văn Yêm, người đã trực tiếp hướng dẫn tôi về mặt khoa học cũng như đóng góp các
ý kiến quý báu để tôi có thể hoàn thành luận án này.
Đồng thời, tôi cũng xin cảm ơn Bộ môn Hệ thống viễn thông, Viện Điện tử Viễn thông,
Viện Đào tạo Sau Đại học - Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã tạo mọi điều kiện thuận
lợi cho tôi trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu. Cảm ơn các thành viên trong RF Lab
đã đồng hành và hỗ trợ tôi trong suốt thời gian qua.
Cuối cùng, tôi xin dành những lời yêu thương nhất đến gia đình, những người đã động
viên, giúp đỡ cũng như tạo mọi điều kiện cho tôi. Đây chính là động lực to lớn giúp tôi vượt
qua mọi khó khăn để hoàn thành luận án này.
Tác giả luận án
Nguyễn Ngọc Lan

3. iii
_______________________________________________________________________________
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN................................................................................................................. I
LỜI CẢM ƠN......................................................................................................................II
MỤC LỤC ......................................................................................................................... III
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT....................................................................................V
DANH MỤC HÌNH VẼ...................................................................................................VII
DANH MỤC BẢNG BIỂU............................................................................................... XI
MỞ ĐẦU...............................................................................................................................1
1. Anten mảng và ứng dụng trong các hệ thống thông tin.....................................................1
2. Những vấn đề còn tồn tại..........................................................................................................2
3. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu.........................................................................4
4. Ý nghĩa khoa học và những đóng góp của luận án .............................................................5
5. Cấu trúc nội dung của luận án ................................................................................................6
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ANTEN MẢNG VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP CẢI
THIỆN THAM SỐ CHO ANTEN MẢNG........................................................................7
1.1. Giới thiệu chương.....................................................................................................................7
1.2. Giới thiệu về anten vi dải.........................................................................................................7
1.3. Các tham số cơ bản của anten................................................................................................8
1.3.1. Băng thông.......................................................................................................9
1.3.2. Hiệu suất ..........................................................................................................9
1.3.3. Hệ số định hướng........................................................................................... 10
1.3.4. Trở kháng đầu vào .........................................................................................10
1.3.5. Hệ số tăng ích ................................................................................................ 10
1.3.6. Phân cực.........................................................................................................11
1.4. Lý thuyết anten mảng............................................................................................................13
1.5. Một số phương pháp cải thiện tham số cho anten mảng................................................15
1.5.1. Một số phương pháp cải thiện băng thông cho anten mảng............................ 15
1.5.2. Một số phương pháp cải thiện hệ số tăng ích cho anten mảng........................27
1.6. Kết luận chương 1...................................................................................................................34
CHƯƠNG 2. GIẢI PHÁP CẢI THIỆN BĂNG THÔNG CHO ANTEN MẢNG........36
2.1. Giới thiệu chương...................................................................................................................36
2.2. Cải thiện băng thông cho anten mảng 𝟒 𝒙 𝟒 sử dụng cấu trúc siêu vật liệu ..............36

4. iv
_______________________________________________________________________________
2.2.1. Cấu trúc siêu vật liệu đề xuất .........................................................................36
2.2.2. Phân tích và thiết kế anten mảng....................................................................39
2.2.3. Các kết quả mô phỏng và đo kiểm .................................................................44
2.3. Cải thiện băng thông cho anten mảng 𝟒 𝒙 𝟒 sử dụng EBG và nhiều tầng điện môi 49
2.3.1. Cấu trúc EBG đề xuất ....................................................................................49
2.3.2. Phân tích thiết kế anten mảng ........................................................................50
2.3.3. Các kết quả mô phỏng và đo kiểm .................................................................51
2.4. Kết luận chương 2...................................................................................................................56
CHƯƠNG 3. GIẢI PHÁP CẢI THIỆN HỆ SỐ TĂNG ÍCH CHO ANTEN MẢNG..57
3.1. Giới thiệu chương...................................................................................................................57
3.2. Cải thiện hệ số tăng ích cho anten mảng dựa trên việc phân bố lại dòng...................57
3.2.1. Cấu trúc DSS đề xuất .....................................................................................57
3.2.2. Một số tính chất quan trọng của DSS............................................................. 59
3.2.3. Cải thiện hệ số tăng ích cho anten mảng 4 𝑥 4 bằng Defected Substrate Structure...61
3.2.4. Cải thiện hệ số tăng ích cho anten mảng 2 𝑥 2 bằng cách sử dụng cấu trúc siêu
vật liệu .....................................................................................................................75
3.3. Cải thiện hệ số tăng ích cho anten mảng 𝟒 𝒙 𝟒 sử dụng bề mặt phản xạ....................81
3.3.1. Tính toán các tham số cho FSS ......................................................................81
3.3.2. Áp dụng cho anten mảng 4 𝑥 4.......................................................................82
3.3.3. Các kết quả mô phỏng và đo kiểm .................................................................83
3.4. Kết luận chương 3...................................................................................................................89
KẾT LUẬN.........................................................................................................................91
DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ CỦA LUẬN ÁN...........................94
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................95

5. v
_______________________________________________________________________________
DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
AF Array Factor Hệ số mảng
AMC Artificial Magnetic Conductor Vật dẫn từ nhân tạo
AR Axial Ratio Tỉ số trục
BW Bandwidth Băng thông
CCW CounterClockwise Ngược chiều kim đồng hồ
CPW Co-planar Waveguide Ống dẫn sóng đồng phẳng
CRLH Composite Right/Left Handed Cấu trúc siêu vật liệu điện từ phức hợp
CW Clockwise Chiều kim đồng hồ
DGS Defected Ground Structure Mặt phẳng đế không hoàn hảo
DNG Double Negative Vật liệu có hằng số điện môi và độ từ
thẩm âm
DSS Defected Substrate Structure Cấu trúc tầng điện môi không hoàn hảo
EBG Electromagnetic Band Gap Dải chắn điện từ
ECC Envelope Correlation Coefficient Hệ số tương quan đường bao
ENG Epsilon Negative Hằng số điện môi âm
FSS Frequency Selecting Surface Bề mặt chọn lọc tần số
HIS High Impedance Surface Bề mặt trở kháng cao
IEEE Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Viện các kỹ sư điện và điện tử
LH Left Handed Vật liệu bàn tay trái

6. vi
_______________________________________________________________________________
LHM Left Handed Material Vật liệu theo quy tắc bàn tay trái
MIMO Multiple Input Multiple Output Đa đầu vào đa đầu ra
MNG Mu Negative Độ từ thẩm âm
MRS Metamaterial Reflective Surface Bề mặt phản xạ
MTM Metamaterial Siêu vật liệu
NRI Negative Reflective Index Chỉ số khúc xạ âm
PLH Purely Left Handed Vật liệu thuần LH
PRH Purely Right Handed Vật liệu thuần RH
RCS Radar Cross Section Diện tích phản xạ hiệu dụng
RH Right Handed Vật liệu bàn tay phải
RHM Right Handed Material Vật liệu theo quy tắc bàn tay phải
SLL Sidelobe Level Mức búp sóng phụ
SNG Single Negative Vật liệu một chỉ số âm
TE Transverse Electric Điện trường ngang
TEM Transverse Electromagnetic Điện từ trường ngang
TL Transmission Line Đường truyền
TM Transverse Magentic Từ trường ngang
UP-
EBG
Uni-planar EBG Cấu trúc EBG đồng phẳng
VSWR Voltage Standing Wave Ratio Tỉ số sóng đứng điện áp
WLAN Wireless Local Area Network Mạng cục bộ không dây

7. vii
_______________________________________________________________________________
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Mô hình anten vi dải [7]..................................................................................7
Hình 1.2: Phân bố điện tích và dòng điện trên anten vi dải [7].......................................8
Hình 1.3: Việc quay của vector E (a) và phân cực elip (b)[7] ......................................12
Hình 1.4: Mô hình anten mảng gồm N phần tử đẳng hướng theo trục z [29]...............14
Hình 1.5: Sơ đồ vector Poynting của sóng điện từ (bên trái: vật liệu thông thường
(RHM), bên phải: siêu vật liệu (LHM))...............................................................................16
Hình 1.6: Phân loại vật liệu theo ɛ và µ [20].................................................................17
Hình 1.7: Khúc xạ trong giữa hai môi trường: (a) RHM-RHM; (b) RHM-LHM.........19
Hình 1.8: Cấu trúc EBG ba chiều: (a) cấu trúc điện môi đống gỗ [26]; mảng tấm kim
loại ba cạnh nhiều tầng [11].................................................................................................21
Hình 1.9: Cấu trúc EBG hai chiều: (a) cấu trúc hình nấm [62]; (b) cấu trúc đồng phẳng
(không sử dụng cột nối kim loại) [92] .................................................................................21
Hình 1.10: Mô hình sơ đồ tương đương của một tế bào đường truyền [74] .................22
Hình 1.11: Mô hình hộp cộng hưởng chữ nhật .............................................................23
Hình 1.12: Anten đa băng dựa trên cơ sở sử dụng nhiều mode [74].............................25
Hình 1.13: Mở rộng băng thông bằng cách tạo ra nhiều mode cộng hưởng liên tiếp [83].26
Hình 1.14: Độ rộng chùm Gauss w(z) là một hàm của khoảng cách z [110] ...............29
Hình 1.15: Phân loại FSS theo đáp ứng tần số: (a) thông thấp, (b) thông cao, (c) thông
dải, (d) chắn dải [72]............................................................................................................32
Hình 1.16: Mô hình anten vi dải với FSS dựa trên HIS (a); mô hình của Jerusalem cross
FSS [72]...............................................................................................................................33
Hình 1.17: Sơ đồ tương đương: anten vi dải (a); Jerusalem cross FSS (b) [72] ...........33
Hình 2.1: Mô hình của những cấu trúc siêu vật liệu đề xuất và sơ đồ tương đương (mầu
tối là lớp đồng, màu sáng là vật liệu điện môi)....................................................................37
Hình 2.2: Mô hình mô phỏng và các tham số S (a) và các kết quả mô phỏng (b)........38
Hình 2.3: Mô hình anten mảng: mặt trên (a); mặt dưới (b)...........................................40
Hình 2.4: Mô hình của một phần tử anten.....................................................................41
Hình 2.5: Mô hình bộ chia công suất (a) và các tham số S của nó (b)..........................42
Hình 2.6: Hệ số phản xạ của anten có và không có cấu trúc siêu vật liệu ....................44
Hình 2.7: Sự khác nhau về đồ thị bức xạ của anten: (a) không có siêu vật liệu, (b) có siêu
vật liệu tại tần số trung tâm 8.15 GHz .................................................................................45
Hình 2.8: Hiệu suất và hệ số tăng ích của anten ...........................................................45

8. viii
_______________________________________________________________________________
Hình 2.9: Đồ thị 2D của anten đề xuất tại tần số trung tâm 8.15 GHz .........................46
Hình 2.10: Phân bố dòng của anten: (a) không có MTM; (b) có MTM tại tần số 8.15
GHz......................................................................................................................................46
Hình 2.11: Hình ảnh anten được chế tạo với Roger4350B...........................................47
Hình 2.12: Kết quả mô phỏng và đo lường hệ số phản xạ của anten đề xuất ...............47
Hình 2.13: Mô hình cấu trúc EBG: (a) Mô hình đề xuất và sơ đồ tương đương; (b) Cấu
trúc bù của EBG và sơ đồ tương đương...............................................................................49
Hình 2.14: Mô hình của anten sử dụng nhiều tầng điện môi ........................................51
Hình 2.15: Mô hình của anten mảng đề xuất: (a) mặt trên, (b) mặt dưới .....................51
Hình 2.16: Mô hình lớp đất của anten với cấu trúc UP-EBG .......................................52
Hình 2.17: So sánh các tham số của anten khi sử dụng cấu trúc EBG đề xuất và UP-
EBG: (a) hệ số phản xạ, (b) hệ số tăng ích, (c) hiệu suất ....................................................52
Hình 2.18: So sánh các tham số của anten: (a) S11, (b) hệ số tăng ích, (c) hiệu suất...53
Hình 2.19: Các tham số của anten đề xuất: (a) hệ số phản xạ, (b) hệ số tăng ích và hiệu
suất.......................................................................................................................................53
Hình 2.20: Đồ thị bức xạ của anten: (a) 3D, (b) 2D tại tần số 11 GHz.........................54
Hình 2.21: Phân bố dòng của anten trong các trường hợp: (a) 1 tầng điện môi, (b) 2 tầng
điện môi, (c) 2 tầng điện môi với EBG tại tần số 11 GHz...................................................54
Hình 2.22: Mô hình của anten được chế tạo: (a) mặt trên, (b) mặt dưới.......................55
Hình 2.23: Kết quả mô phỏng và đo lường hệ số phản xạ của anten............................55
Hình 3.1: Mô hình DSS đề xuất: (a) mô hình; (b) sơ đồ tương đương của một đơn vị cấu
trúc .......................................................................................................................................58
Hình 3.2: Mô hình đường truyền vi dải thông thường (a); mô hình đường truyền vi dải
với DSS (b) ..........................................................................................................................59
Hình 3.3: Mô hình của anten đề xuất với DSS..............................................................62
Hình 3.4: Mô hình của anten đề xuất: anten mảng và lớp điện môi thứ nhất (a); lớp điện
môi thứ hai với DSS và lớp đất (b)......................................................................................62
Hình 3.5: (a) Mô hình của một phần tử lưỡng cực; (b) Mô hình của bộ chia công suất
.............................................................................................................................................63
Hình 3.6: Hệ số phản xạ của anten trong 3 trường hợp: hai tầng điện môi, hai tầng điện
môi với DGS, và hai tầng điện môi với DSS.......................................................................64
Hình 3.7: Hệ số tăng ích của anten trong 3 trường hợp: hai tầng điện môi, hai tầng điện
môi với DGS, và hai tầng điện môi với DSS.......................................................................65

9. ix
_______________________________________________________________________________
Hình 3.8: Phân bố dòng anten với vật liệu Roger4350B trong ba trường hợp: 2 tầng điện
môi (a); 2 tầng điện môi với DGS (b); 2 tầng điện môi với DSS (c) tại tần số 10 GHz......65
Hình 3.9: Sự khác biệt về đồ thị của anten trong ba trường hợp: (a) hai tầng điện môi,
(b) không có DSS, (c) DSS tại tần số 10 GHz.....................................................................66
Hình 3.10: Hiệu suất của anten trong các trường hợp mô phỏng..................................67
Hình 3.11: Mô hình của DSS với tấm điện môi FR4....................................................68
Hình 3.12: Mô hình của anten với FR4: (a) anten mảng và lớp điện môi thứ nhất; (b) lớp
điện môi thứ hai với DSS và lớp đất....................................................................................69
Hình 3.13: Sự khác nhau về hệ số phản xạ của anten khi anten sử dụng FR4 và
Roger4350B.........................................................................................................................69
Hình 3.14: Sự khác nhau trong hệ số tăng ích khi anten sử dụng Roger4350 và FR4 .70
Hình 3.15: Sự khác nhau về đồ thị bức xa khi anten sử dụng (a) FR4 và (b) Roger 4350B
tại tần số 10 GHz .................................................................................................................70
Hình 3.16: So sánh hiệu suất của anten khi sử dụng Roger4350B và FR4...................71
Hình 3.17: Các mặt phẳng xz, yz của anten với: Roger4350B (a); FR4 (b) tại 10 GHz
.............................................................................................................................................71
Hình 3.18: Phân bố dòng của anten với vật liệu FR4 trong các trường hợp: (a) 2 tầng
điện môi; (b) 2 tầng điện môi với DGS; (c) 2 tầng điện môi với DSS tại tần số 10 GHz ...72
Hình 3.19: Mô hình anten được chế tạo với Roger4350B: (a) mặt trên, (b) DSS, (c) mô
hình tổng thể ........................................................................................................................73
Hình 3.20: Mô hình anten được chế tạo với FR4: (a) mặt trên, (b) DSS, (c) mô hình
tổng thể........................................................................................................................... 73
Hình 3.21: Kết quả mô phỏng và đo lường của hệ số phản xạ anten với Roger4350B 74
Hình 3.22: Kết quả mô phỏng và đo lường của hệ số phản xạ anten với FR4..............74
Hình 3.23: Mô hình cấu trúc siêu vật liệu: cấu trúc đề xuất (a) và cấu trúc bù của nó (b).76
Hình 3.24: Mô hình mô phỏng và các tham số S (a) và các kết quả mô phỏng của cấu
trúc đề xuất (b).....................................................................................................................77
Hình 3.25: Mô hình tổng thể của anten đề xuất ............................................................77
Hình 3.26: Mô hình chi tiết của anten đề xuất: (a) tầng bức xạ; (b) lớp đất .................78
Hình 3.27: Hệ số phản xạ của anten mảng....................................................................78
Hình 3.28: Hệ số tăng ích và hiệu suất của anten mảng đề xuất...................................79
Hình 3.29: Phân bố dòng của anten mảng 2 x 2 với cấu trúc siêu vật liệu đề xuất tại tần
số 5.8 GHz ...........................................................................................................................79

10. x
_______________________________________________________________________________
Hình 3.30: Đồ thị bức xạ của anten mảng đề xuất: (a) 3D; (b) đồ thị 2D; (c) mặt phẳng
xz và yz tại tần số 5.8 GHz ..................................................................................................79
Hình 3.31: Hình ảnh anten được chế tạo: (a) mặt trên; (b) mặt dưới............................80
Hình 3.32: Kết quả mô phỏng và đo lường về hệ số phản xạ của anten mảng đề xuất 80
Hình 3.33: (a) Mô hình bề mặt phản xạ với FSS và (b) sơ đồ tương đương.................82
Hình 3.34: Mô hình của một phần tử anten...................................................................83
Hình 3.35: Mô hình anten mảng: mặt trên (a), mặt dưới (b), bề mặt phản xạ (c), mô hình
tổng thể (d)...........................................................................................................................83
Hình 3.36: Hệ số phản xạ của anten có và không có cấu trúc siêu vật liệu ..................84
Hình 3.37: Sự khác nhau trong hệ số tăng ích của anten: (a) không có bề mặt phản xạ,
(b) có bề mặt phản xạ...........................................................................................................85
Hình 3.38: Mô hình một tế bào .....................................................................................86
Hình 3.39: Các tham số của anten với một tế bào: hệ số phản xạ (a), hiệu suất và hệ số
tăng ích (b)...........................................................................................................................86
Hình 3.40: Hệ số phản xạ của anten (a), đồ thị bức xạ 3D (b) và đồ thị 2D (c) tại tần số
8.15 GHz..............................................................................................................................86
Hình 3.41: Hệ số tăng ích và hiệu suất của anten mảng đề xuất...................................87
Hình 3.42: Phân bố dòng của anten: (a) không có bề mặt phản xạ; (b) có bề mặt phản xạ
tại tần số 8.15 GHz ..............................................................................................................87
Hình 3.43: Sự khác nhau về đồ thị bức xạ của anten: (a) không có bề mặt phản xạ, (b)
có bề mặt phản xạ tại tần số 8.15 GHz ................................................................................88
Hình 3.44: Mô hình anten được chế tạo: mặt trên (a), mặt dưới (b), bề mặt phản xạ (c),
mô hình tổng thể (d).............................................................................................................89
Hình 3.45: Kết quả mô phỏng và đo lường hệ số phản xạ của anten đề xuất ...............89

11. xi
_______________________________________________________________________________
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Các tham số của một phần tử anten..............................................................42
Bảng 2.2: Một số tham số của cấu trúc siêu vật liệu.....................................................44
Bảng 2.3: So sánh kết quả đạt được với một số kết quả đã công bố.............................48
Bảng 2.4: Các tham số của cấu trúc EBG .....................................................................50
Bảng 3.1: Các tham số của DSS....................................................................................59
Bảng 3.2: Các tham số của bộ chia công suất...............................................................63
Bảng 3.3: Các tham số của một phần tử dipole.............................................................63
Bảng 3.4: Các tham số của DSS với FR4 .....................................................................68
Bảng 3.5: Các tham số của một phần tử trong mảng với FR4 ......................................68
Bảng 3.6: So sánh kết quả đạt được với một số kết quả đã công bố.............................75
Bảng 3.7: Các tham số của cấu trúc đề xuất..................................................................77
Bảng 3.8: Các tham số của anten đề xuất......................................................................78
Bảng 3.9: So sánh kết quả đạt được với một số công bố gần đầy.................................81
Bảng 3.10:Các tham số của FSS ...................................................................................82
Bảng 3.11: Các tham số của một phần tử anten............................................................83
Bảng 3.12: Các tham số của mô hình một tế bào..........................................................86

12. 1
_______________________________________________________________________________
MỞ ĐẦU
1. Anten mảng và ứng dụng trong các hệ thống thông tin
Ngày nay, thông tin vô tuyến đang phát triển nhanh chóng với nhiều loại hình dịch vụ
khác nhau như thông tin di động, thông tin vệ tinh, radar, ... Trong những hệ thống này, anten
là một thành phần không thể thiếu và chất lượng của nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng
dịch vụ. Bên cạnh đó, những hệ thống này cũng luôn yêu cầu anten phải có kích thước nhỏ
và trọng lượng nhẹ trong khi các tham số vẫn phải được cải thiện. Vì vậy, công nghệ vi dải
là sự lựa chọn tốt nhất để đáp ứng cho các yêu cầu trên. Khái niệm anten vi dải lần đầu tiên
được đưa ra bởi Deschamps vào năm 1953 [25]. Phải mất 20 năm sau, anten vi dải đầu tiên
mới được chế tạo. Những chiếc anten vi dải đầu tiên được phát triển bởi Howell [24] và
Munson [72]. Với những ưu điểm như kích thước nhỏ, trọng lượng nhẹ, dễ dàng chế tạo và
chi phí thấp, anten vi dải ngày càng được sử dụng rộng rãi. Tuy nhiên, anten vi dải cũng tồn
tại một số nhược điểm như: băng thông hẹp, hiệu suất và hệ số tăng ích thấp, công suất nhỏ.
Ngoài ra, trong một số ứng dụng đặc biệt, việc sử dụng anten đơn đã không đảm bảo được
yêu cầu về chất lượng hệ thống cũng như độ định hướng, hệ số tăng ích hay băng thông. Hơn
nữa, anten định hướng cao là cần thiết để bù lại sự suy giảm tín hiệu do việc truyền sóng ở
tầng khí quyển gây ra. Thêm vào đó, băng thông của anten trong những hệ thống này luôn
yêu cầu từ vài trăm MHz trở lên. Vì vậy, anten mảng đã ra đời để đáp ứng các yêu cầu trên.
Anten mảng là một tập hợp gồm ít nhất từ hai phần tử trở lên. Với những ưu điểm như băng
thông rộng, hệ số tăng ích và độ định hướng cao, anten mảng được ứng dụng rộng rãi trong
nhiều lĩnh vực khác nhau như: thông tin vệ tinh [13], [32], [106], thông tin di động [62],
[103], [108], radar [38], [58], y tế [81], [97],...
Một đặc tính quan trọng khác của anten mảng mà không thể không nhắc tới đó là việc có
thể thay đổi và điều khiển đồ thị bức xạ [86], [39]. Không giống như anten đơn với đồ thị
bức xạ là cố định, việc có thể thay đổi và điều khiển đồ thị bức xạ đã mở ra những hướng
nghiên cứu mới trong việc xử lý tín hiệu để điều khiển búp sóng cho anten. Ngoài ra, thông
qua việc sử dụng anten mảng và kỹ thuật phân tập, có thể hạn chế ảnh hưởng của fading
cũng như tăng độ tin cậy của việc truyền tin mà không phải gia tăng công suất phát hay băng
thông. Điều này được thể hiện qua một số ứng dụng thông tin di động [96], đường sắt cao
tốc [94], …

13. 2
_______________________________________________________________________________
Rõ ràng là anten mảng có một vị trí đặc biệt trong các hệ thống thông tin vô tuyến. Để
nâng cao chất lượng của các hệ thống này, việc cải thiện các tham số cho anten mảng là rất
cần thiết. Hiện nay, có nhiều phương pháp đã được đề xuất để cải thiện các tham số cho
anten như: siêu vật liệu [46], [82], dải chắn điện từ (Electromagnetic Band Gap - EBG) [52],
[107], nhiều tầng điện môi [5], [18], cấu trúc mặt đế không hoàn hảo (Defected Ground
Structure - DGS) [78], [102], bề mặt phản xạ [14], [69]. Mỗi phương pháp đều có những đặc
tính riêng. Vì vậy, cần lựa chọn và áp dụng đúng đắn các phương pháp vào từng trường hợp
cụ thể. Nếu như việc cải thiện băng thông cho anten bằng cách sử dụng nhiều tầng điện môi
dựa trên nguyên lý tăng chiều dày của tầng điện môi [36], thì việc cải thiện hệ số tăng ích
cho anten bằng việc sử dụng bề mặt phản xạ dựa trên đặc tính phản xạ để giảm thiểu búp
sóng phụ và búp sóng sau. Trong khi đó, phương pháp như DGS cải thiện tăng ích cho anten
bằng cách phân bố lại dòng cho anten. Chúng ta biết rằng việc bức xạ của anten vi dải được
xác định từ phân bố trường giữa phần tử bức xạ và mặt phẳng đất hay dưới dạng phân bố
dòng điện trên bề mặt phần tử bức xạ [34]. Do đó, việc thay đổi hình dạng, kích thước và
chiều dày của mặt phẳng đất hay phần tử bức xạ sẽ dẫn đến việc thay đổi phân bố dòng của
anten. Điều này đã mở ra một cơ hội cho việc cải thiện một số tham số của anten.
2. Những vấn đề còn tồn tại
Công nghệ vi dải đang phát triển mạnh mẽ. Trong thời gian gần đây, công nghệ vi dải đã
và đang được ứng dụng rộng rãi cho nhiều lĩnh vực, trong đó có anten. Tuy nhiên, để đáp
ứng được sự đòi hỏi ngày càng khắt khe của khách hàng về chất lượng dịch vụ, việc cải thiện
các tham số cho anten là rất cần thiết và điều này đã đặt ra rất nhiều thách thức cho các nhà
nghiên cứu trong và ngoài nước. Điều này được thể hiện qua một số công trình được công
bố như sau:
Đã có nhiều đề xuất về anten mảng với các tham số được cải thiện trong các công trình
[20], [32], [51], [60], [90]. Tuy nhiên, còn nhiều hạn chế trong những công trình này. Cụ thể
như trong [32], mặc dù anten gồm 144 phần tử và được thiết kế tại băng X nhưng hiệu suất
của anten chỉ là trên 50%. Hiệu suất này là chưa cao, và do đó nó không đáp ứng được cho
ứng dụng vệ tinh ở băng X. Và hạn chế này cũng xảy ra ở trong kết quả nghiên cứu [60] khi
hiệu suất của anten chỉ là dưới 50% khi anten được thiết kế tại tần số trung tâm là 60 GHz.
Trong [51] mặc dù anten gồm 256 phần tử và được thiết kế tại 60 GHz nhưng phần trăm
băng thông của anten chỉ là 6.5%. Khi nhu cầu truyền thông băng siêu rộng ngày càng cao
thì với tỉ lệ băng thông chỉ là 6.5% sẽ không thể đáp ứng đủ cho các ứng dụng, đặc biệt là

14. 3
_______________________________________________________________________________
trong các ứng dụng ở dải sóng milimet. Một anten mảng được thiết kế tại tần số 24 GHz
nhưng hệ số tăng ích của anten chỉ hơn 11 dBi. Thêm vào đó, băng thông của anten cũng
chỉ là 660 MHz [90]. Ngoài ra, trong tất cả các kết quả nghiên cứu ở trên, độ phức tạp của
anten là rất cao. Điều này dẫn đến khó khăn cũng như tăng chi phí sản xuất.
Trong một số nghiên cứu khác [19], [55], [74], [104], [109], cũng còn tồn tại nhiều tham
số của anten chưa được tối ưu. Ví dụ như trong [19], một mảng anten gồm 16 phần tử và
được thiết kế tại băng X. Tuy nhiên, hiệu suất của anten chỉ là 65%. Và điều này cũng xảy
ra tương tự với công trình [104] khi hiệu suất của anten là 41%. Hơn nữa, tỉ lệ phần trăm
băng thông của anten lần lượt chỉ là 4.37% và 4% trong các công bố [109] và [55] khi anten
được thiết kế tại các tần số trung tâm là 24 GHz và 9 GHz. Trong khi đó, một anten gồm 16
phần tử và được thiết kế ở tần số 12 GHz nhưng hệ số tăng ích chỉ là 11.1 dBi [74]. Rõ ràng
là với các tham số như ở trên thì anten không thể đáp ứng được cho các ứng dụng ngày nay.
Trong một nhóm những công trình khác [59], [101], [33], [68], [77], [88], [61], hầu hết
băng thông của anten còn rất hạn chế (tỉ lệ phần trăm băng thông dưới 10%). Ngoài ra, hiệu
suất của các anten ở những công trình này là rất thấp, thường dưới 60%. Cụ thể như, trong
[59], anten gồm 16 phần tử và được thiết kế tại tần số 60 GHz, nhưng tỉ lệ phần trăm băng
thông và hiệu suất của anten lần lượt là 14.4% (tại −6 dB) và 45.3%. Bên cạnh đó, một số
những nghiên cứu khác [68], [77] cũng tồn tại những hạn chế trên.
Hơn nữa, việc cải thiện hệ số tăng ích cho anten cũng là một vấn đề tồn tại trong các công
trình công bố [65], [100], [44]. Chẳng hạn như, trong [65], mặc dù anten gồm 16 phần tử và
được thiết kế tại tần số lớn hơn 11 GHz, nhưng hệ số tăng ích chỉ là 8.1 dBi. Hay với [44],
hệ số tăng ích của anten là 10.3 dBi khi anten được thiết thế tại tần số 10.5 GHz.
Rõ ràng là việc cải thiện tham số cho anten còn rất nhiều vấn đề và điều này có thể thấy
qua một số những công trình công bố được chỉ ra ở trên hay trong một số các nghiên cứu
[66], [98]. Để nâng cao chất lượng của hệ thống thông tin vô tuyến, chúng ta không còn cách
nào khác là phải cải thiện các tham số cho mỗi thành phần trong chúng. Đối với anten cũng
không có sự ngoại lệ. Hơn nữa, trong các công trình công bố nói trên, anten được thiết kế sử
dụng các công nghệ như hốc cộng hưởng (cavity), ống dẫn sóng. Điều này đẫn dến việc tăng
chi phí sản xuất cũng như độ phức tạp của sản phẩm.
Nhìn chung, việc thiết kế tối ưu đồng thời nhiều tham số anten như băng thông, hiệu suất,

15. 4
_______________________________________________________________________________
độ định hướng, hệ số tăng ích để đảm chất lượng dịch vụ với chi phí thấp, dễ dàng chế tạo
vẫn là một thách thức lớn đối với các nhà nghiên cứu hiện nay.
Trong khi đó, điểm qua một số những luận án trong thời gian gần đây, nghiên cứu sinh
thấy như sau:
Năm 2014, ở trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tác giả Huỳnh Nguyễn Bảo Phương đã
bảo vệ luận án với đề tài “Nghiên cứu phát triển cấu trúc EBG ứng dụng cho các hệ thống
thông tin vô tuyến thế hệ mới” [2]. Đối tượng nghiên cứu của luận án là bộ lọc đa băng, anten
đa băng và anten đơn MIMO.
Năm 2016 đã có một số luận án nghiên cứu về anten MIMO cho thiết bị đầu cuối di động
của tác giả Nguyễn Khắc Kiểm (Đại học Bách khoa Hà Nội) [4] cũng như luận án nghiên
cứu về anten UWB của tác giả Lệ Trọng Trung (Học viện Kỹ thuật Quân sự) [3]. Đối tượng
nghiên cứu những luận án này đều là anten đơn và mục tiêu nghiên cứu của luận án này là
giảm nhỏ ảnh hưởng tương hỗ giữa các phần tử anten.
Năm 2017, ở trường Đại học Bách khoa Hà Nội, tác giả Đặng Như Định đã bảo vệ luận
án với đề tài “Nghiên cứu, phát triển bộ lọc thông dải, bộ chia công suất, anten sử dụng
đường truyền phức hợp, vòng cộng hưởng và hiệu ứng viền của siêu vật liệu” [1]. Luận án
đã tập trung nghiên cứu một số cấu trúc như CRLH, SRR để thiết kế bộ lọc thông dải, bộ
chia công suất và các anten đơn. Do đó, chưa hề có bất kì việc nghiên cứu nào về việc sử
dụng các phương pháp để cải thiện tham số cho anten mảng.
Hiện nay, tại Đại học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội có hai luận án tiến sĩ của các
tác giả Tống Văn Luyên và Tăng Thế Toan lần lượt nghiên cứu về đề tài “Nghiên cứu các
phương pháp định dạng và điều khiển búp sóng của mảng anten tích hợp trên mặt trụ” và
“Nghiên cứu phát triển anten mảng có độ lợi cao và mức búp sóng phụ thấp”. Trong khi đề
tài đầu tiên tập trung nghiên cứu thuật toán cho việc định dạng và điều khiển búp sóng thì
đề tài thứ hai nghiên cứu giải pháp giảm thiểu mức búp sóng phụ (SLL) của anten bằng cách
áp dụng phân bố Chebyshev.
Tất cả các nghiên cứu ở trên đã cho thấy rằng chưa có bất kì công trình nghiên cứu nào
nghiên cứu cải thiện đồng thời cũng như việc phân tích và tổng hợp cơ chế để cải thiện các
tham số như băng thông, hệ số tăng ích, độ định hướng cho anten mảng. Điều này cho thấy
rằng việc nghiên cứu cải thiện các tham số cho anten mảng là rất cấp thiết.
3. Mục tiêu, đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• Mục tiêu nghiên cứu của luận án bao gồm:

16. DOWNLOAD ĐỂ XEM ĐẦY ĐỦ NỘI DUNG
MÃ TÀI LIỆU: 50759
DOWNLOAD: + Link tải: Xem bình luận
Hoặc : + ZALO: 0932091562