Đề xuất anten UWB - MIMO có cấu trúc tiểu hình

Chia sẻ: Huỳnh Ngọc Bảo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Thêm vào BST

Báo xấu

47
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Trong bài báo này, đề xuất cấu trúc anten MIMO băng thông siêu rộng với hai anten hoạt động trong dải tần số từ 3,1 đến 10,6 GHz. Anten MIMO là sự kết hợp giữa một chấn tử từ và một chấn tử điện để giảm nhỏ kích thước của anten MIMO cũng như ảnh hưởng tương hỗ giữa các anten trong anten MIMO. Anten MIMO đề xuất có hệ số sóng đứng nhỏ hơn 2 trong cả dải tần hoạt động, đồng thời có cấu trúc đơn giản, nhỏ, gọn, đồng phẳng.

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Đề xuất anten UWB - MIMO có cấu trúc tiểu hình

Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) Đề xuất anten UWB - MIMO có cấu trúc tiểu hình Lê Trọng Trung1,2, Nguyễn Quốc Định1, Hoàng Đình Thuyên1, Nguyễn Huy Hoàng1 1 ho uy n n , Đ học ỹ thuậ ê u Đ n, Hà , 2 Đ i Học Thông Tin Liên L c, Nha Trang, Khánh Hòa, Vi t Nam Email: trungmach6@gmail.com, dinhnq@mta.edu.vn, thuyenhd@mta.edu.vn, hoangnh@mta.edu.vn Tóm tắt -Trong bài báo này, tác giả đề xuất cấu trúc anten phẳng trên m ch in [6], anten phẳng có xẻ khe [7], anten MIMO băng thông siêu rộng với hai anten hoạt anten khe [8], nhóm nghiên cứu cũng ã h t k anten động trong dải tần số từ 3,1 đến 10,6 GHz. Anten MIMO dải siêu r ng có mặt bức x là hình chữ nhậ ược cắt là sự kết hợp giữa một chấn tử từ và một chấn tử điện để khoé ể hu ược cấu trúc tiểu hình [9]; Trên cơ sở thi t giảm nhỏ kích thước của anten MIMO cũng như ảnh k anten dải tần siêu r ng ể thi t k anten MIMO dải hưởng tương hỗ giữa các anten trong anten MIMO. Anten siêu r ng. MIMO đề xuất có hệ số sóng đứng nhỏ hơn 2 trong cả dải tần hoạt động, đồng thời có cấu trúc đơn giản, nhỏ, gọn, Về thi t k anten MIMO dải siêu r ng dùng hai anten đồng phẳng. ã có nh ều thi t k ược ề xuất với cấu trúc và vật li u khác nhau. Trong thi t k của nhóm A.I.Najam [10], có Từ khóa- anten mạch dải; anten dải siêu rộng; anten ề xuất anten MIMO với hai anten tròn, bán kính R = 12 MIMO dải siêu rộng. , kích hước anten MIMO là 80 × 34 × 0,8 mm3 trên chấ n môi FR4. Thi t k của nhóm X.S.Li [11] có I. GIỚI THIỆU kích hước là 62 × 40 × 1 mm3 với cấu rúc ương ối H thống MIMO (Multi-Input Multi-Output) là h ơn g ản; hay thi t k anten MIMO của tác giả dùng hai thống s dụng n en i cả máy phát và máy thu. H chất t n vớ kích hước khá nhỏ 70 × 32 × 1,6 thống có thể phân tập phát, phân tập thu nhờ vào mm3[12]. Tuy nhiên các anten này vẫn còn khá lớn, cần anten nhằ ăng chấ lượng h thống hoặc thực hi n phải giảm thiểu kích hước ể phù hợp với các thi t bị Beamforming t nơ phá và nơ hu ể ăng h u suất s UWB, do vậy mục tiêu của nhóm nghiên cứu là thi t k dụng công suất, tri t can nhiễu. goà r , dung lượng h anten MIMO dải siêu r ng có cấu trúc tiểu hình. thống có thể ược cải thi n áng kể nhờ vào lợi ghép kênh cung cấp bởi kỹ thuật mã hóa không gian - thời Trong bài báo này, nhóm nghiên cứu ề xuất m t gian. Trong h thống MIMO hường lựa chọn số anten anten MIMO dải siêu r ng có d ng phẳng, cấu trúc nhỏ, thu và số anten phát bằng nh u như 2 × 2, 4 × 4. gọn, mỏng phù hợp với cấu trúc chung của thi t bị UWB. Anten và mặt phẳng ất s dụng vật li u bằng Vi c ăng ốc truyền dẫn dữ li u luôn là yêu cầu ồng, chấ n môi là FR4 với hằng số n ε = 4,4 ặt ra với các h thống h ng n. Trong ó, h thống và h số tổn h o nδ = 0,02. Để giảm nhỏ kích hước và h ng n băng s êu r ng UWB (Ultra-W de B nd) cũng ương hỗ trong anten MIMO, nhóm nghiên cứu ã k t không nằm ngoài mục ích ó. ì vậy kỹ thuật MIMO hợp m t anten chấn t từ với m t anten chấn t n. Vì ược áp dụng vào trong UWB nhằ nâng c o hơn ốc có sự ảnh hưởng ương hỗ giữa các anten trong anten truyền dữ li u. Trong anten MIMO dải siêu r ng có MIMO nên cần phải tính toán các tham số kích hước nhiều phần t bức x , ảnh hưởng ương hỗ giữa chúng là của các anten thành phần, lựa chọn khoảng cách giữa các áng kể, hi n tượng này cần phả ược giảm thiểu ể n en và kích hước tấ n môi phù hợp ể ảm bảo nâng c o ổn ịnh và hi u suất bức x của cả h thống. anten MIMO dải siêu r ng có h số sóng ứng nhỏ hơn Vì vậy, nhi m vụ ặt ra là phải thi t k anten UWB 2, bức x ẳng hướng, h số ăng ích lớn nhưng ồng không chỉ là n en ơn lẻ mà còn phải thi t k các anten thời phải ảm bảo ảnh hưởng ương hỗ giữa các anten MIMO băng h ng s êu r ng vớ ương hỗ nhỏ. trong anten MIMO nhỏ. Mặt khác, nhằm giảm sự ảnh hưởng ương hỗ giữa các anten, nhóm nghiên cứu ã ư Để thi t k anten MIMO dải siêu r ng, rước tiên cần thêm thanh Stub vào giữa hai anten trong anten MIMO. phải thi t k anten dải siêu r ng. Đã có nh ều thi t k anten dải siêu r ng với cấu trúc và vật li u khác nhau như: khoé ặt phẳng bức x thành d ng n a hình tròn [1], cắ các góc khác nh u ối với tấm bức x [2], khoét mặt phẳng ất [3], t o ra từ các anten chấn t [4], [5], ISBN: 978-604-67-0349-5 402
Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) II. THIẾT KẾ ANTEN MIMO DẢI SIÊU RỘNG B. Kết quả mô phỏng A. Cấu trúc của anten đề xuất Trong quá trình mô phỏng, khảo sá kh ồng thời hai anten trong anten MIMO ho ng. K t quả h số sóng S dụng phương pháp b n ổi từ từ ể h y ổi các ứng của anten MIMO khi không có Stub biểu diễn như tham số kích hước của anten, nhóm nghiên cứu ã lựa trên Hình 2. N u n en ược gắn thêm Stub thì h số chọn ược anten MIMO dải siêu r ng có cấu rúc ược sóng ứng ược biểu diễn như rên Hình 3. h kh ng biểu diễn như rên Hình 1. Trong Hình 1 , n en 1 là có S ub hì kh ng ảm bảo VSWR < 2 trong toàn b dải anten ho ng như t chấn t n (anten chấn t ), tần c ng ác. Trường hợp có Stub thì h số sóng ứng anten 2 là anten ho ng như t chấn t từ (anten nhỏ hơn so vớ rường hợp kh ng có S ub và ảm bảo khe). Phía mặt phẳng ất củ h n en ặt thêm thanh VSWR < 2 trong cả dải tần từ 3,1 GHz n 10,6 GHz Stub giữa hai anten nhằm giả ảnh hưởng ương hỗ ối với cả hai anten. giữa chúng. Các tham số kích hước của anten MIMO ược ư r rong Bảng 1. 2.4 w2 w3 2.2 Antenna 1 Antenna 2 2.0 l1 s Antenna 1 Antenna 2 1.8 VSWR l2 1.6 t w4 l3 w6 w5 1.4 l5 w1 l4 h 1.2 w20 d 1.0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 Frequency [GHz] (a) (b) W Hình 2. quả phỏng h số sóng ứng củ n en MIMO l6 w7 khi không có Stub. w19 2.4 w8 l 7 w9 l12 w10w11 w14 Stub 2.2 Antenna 1 l15 L Antenna 2 w12 2.0 l8 l10 l13 l11 w18 1.8 VSWR w13 w15 l9 1.6 l14 w16 l16 l17 w17 1.4 (c) 1.2 Hình 1. Cấu trúc của anten MIMO. (a) Mặt trên; (b) Mặt bên; (c) Mặ dưới 1.0 3 4 5 6 7 8 9 10 11 BẢNG 1: THAM SỐ ÍCH THƯỚC CỦA ANTEN MIMO (MM). Frequency [GHz] Hình 3. quả phỏng h số sóng ứng củ n en MIMO. Tham số Giá trị Tham Giá trị Tham Giá trị khi có Stub. số số L 30 l11 4 w9 4,5 -10 S12 and S21 without Stub S12 and S21 with Stub W 65 l12 6 w10 3,5 -15 s 5 l13 13 w11 2 -20 t 0,035 l14 7 w12 4 -25 h 1,6 l15 24 w13 5 S12 and S21 l1 14,5 l16 5,5 w14 3 -30 l2 2 l17 10 w15 14,75 -35 l3 1 w1 3 w16 14,25 -40 l4 11 w2 7,5 w17 20 -45 L5 17,4 w3 15 w18 32 l6 4 w4 2 w19 0,5 -50 3 4 5 6 7 8 9 10 11 l7 8 w5 2 W20 3 l8 9 w6 2 d 37,5 Frequency [GHz] l9 9 w7 15 Hình 4.Tham số S12 và S21 của anten MIMO. l10 1 w8 10,6 ISBN: 978-604-67-0349-5 403
Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) Để giảm ảnh hưởng ương hỗ giữa các anten, nhóm nghiên cứu ề xuất ặt thêm m t thanh Stub bằng ồng 0 trên mặt phẳng ất củ n en MIMO ngăn cách ảnh 330 6 30 hưởng giữa hai anten. Hình 4 là k t quả mô phỏng S12 và 0 xz plane S21 của n en MIMO rong h rường hợp có Stub và yz plane không có Stub, yêu cầu ặt ra là S12 và S21 phải nhỏ hơn 300 -6 60 -15dB [13]. Khi anten MIMO có Stub thì S12 và S21 nhỏ -12 hơn -15 dB trong cả dải tần, rường hợp anten không có Stub thì ở ầu băng ần có S12 và S21 > -15 dB. -18 270 -24 90 Để xét sự ảnh hưởng ương hỗ giữa hai anten trong anten MIMO ta khảo sát sự ảnh hưởng phân bố dòng của -18 n en rong rường hợp anten 2 phát, anten 1 không phát. -12 Ta có k t quả phân bố dòng như Hình 5, kh kh ng có 240 120 S ub hì dòng n trên n en 2 ã cảm ứng sang anten 1. -6 Tuy nhiên với cấu trúc có Stub ở giữa 2 anten thì dòng 0 n cảm ứng giữa hai anten sẽ giả rất nhiều, thay 210 150 vào ó, dòng n cảm ứng sẽ ược phân bố tập trung 6 180 trên Stub. (a) 0 330 30 0 xz plane -6 yz plane 300 60 -12 -18 (a) 270 -24 -24 90 -18 -12 240 120 -6 0 210 150 180 (b) (b) Hình 5. Phân bố dòng n t i tần số 8.0 GHz: 0 (a) không Stub; (b) có Stub 330 6 30 0 hư vây, kh có s dụng S ub hì ảnh hưởng xz plane ương hỗ giữa hai anten trong anten MIMO giả . Do 300 -6 yz plane 60 vậy trong anten MIMO ta s dụng thêm Stub và ti n -12 hành khảo sát các tham số của anten. Trước h ối với ồ thị bức x , vì dải tần r ng nên ti n hành khảo sá ồ -18 thị bức x của anten t i các tần số khác nh u. Đồ thị bức 270 -24 90 x của anten MIMO khi cả hai anten ho ng ược biểu diễn như Hình 6 (a), (b), (c), (d), (e) ứng với t i các -18 tần số 3,1 GHz; 5,0 GHz; 7,0 GHz; 9,0 GHz và 10,6 -12 GHz. Trong ó, né l ền là mặt phẳng xoz, né ứt là mặt 240 120 -6 phẳng yoz. Từ k t quả trên Hình 6, ồ thị bức x của anten MIMO bức x ẳng hướng, tuy nhiên có sự thay 0 ổi theo tần số nhưng vẫn ảm bảo yêu cầu ặ r ối 210 6 150 với anten MIMO dải siêu r ng 180 (c) ISBN: 978-604-67-0349-5 404
Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) Hình 7 biểu diễn h số ăng ích cực i của anten 0 trong cả dải tần khảo sát. H số ăng ích kh ng ồng 330 6 30 ều nhưng vẫn ảm bảo lớn hơn 2,0 dB rong cả dải tần 0 xz plane từ 3,1 GHz n 10,6 GHz, t giá trị cực i là 5,1 dBi yz plane t i tần số 10,5 GHz. 300 -6 60 hư vậy kh h n en ặt cách nhau m t khoảng d = -12 37,5 mm = 0,375λmax (với λmax = c/fmin) tính từ tâm của -18 h n en nhưng do s dụng S ub ã là g ảm sự ảnh 270 -24 90 hưởng bức x ương hỗ giữa hai anten, giúp cho các anten ho ng tốt với ảnh hưởng ương hỗ nhỏ. -18 -12 III. KẾT LUÂN 240 -6 120 Bà báo ã ề xuất mẫu anten MIMO tiểu hình dải siêu r ng có ương hỗ nhỏ và ã ược m t số k t quả như 0 sau: 210 150 6 i) Anten UWB-MIMO ề xuất có cấu trúc nhỏ, gọn, 180 ơn g ản, ồng phẳng; s dụng các vật li u phổ bi n nên (d) thuận ti n cho ch t o theo công ngh m ch in; 0 ii) Dải tần có h số sóng ứng SWR ≤ 2 ừ 3,0 GHz 330 6 30 n 10,7 GHz ương ứng 110% so với tần số trung tâm; 0 xz plane iii) Mặc dù với dải tần siêu r ng nhưng ồ thị bức x yz plane 300 -6 60 trong trong toàn b dải tần ảm bảo tính bức x gần -12 ẳng hướng; -18 iv) H số ăng ích cực à n en ược trong cả dải tần UWB trong khoảng từ 2,0 dB n 5,1 dBi. 270 -24 90 v) Đ ảnh hưởng ương hỗ giữa các anten trong -18 anten MIMO nhỏ, ảm bảo ể anten MIMO ho ng -12 ổn ịnh. 240 -6 120 Trong thời gian tới, nhóm nghiên cứu sẽ ti p tục 0 nghiên cứu, ch th , o k ểm anten MIMO ề xuất, ồng 210 150 thời sẽ ti p tục nghiên cứu và ề xuất các cấu trúc anten 6 MIMO dải siêu r ng khác có cấu trúc tiểu hình hơn, 180 (e) ương hỗ nhỏ và áp ứng các yêu cầu kỹ thuật tố hơn ể s dụng cho các thi t bị cầ y băng s êu r ng trong Hình 6. Đặc rưng hướng của anten MIMO: (a) t i tần số 3,1 GHz, (b) t i ương l . tần số 5,0 GHz, (c) t i tần số 7,0 GHz, (d) t i tần số 9,0 GHz, (e) t i tần số 10,6 GHz. TÀI LIỆU THAM KHẢO 6.0 [1] M re E. B lkowsk nd A M.Abbosh, “Des gn of UWB 5.5 Planar Antenna With Improved Cut-Off at the Out-of-Band Frequenc es,” IEEE An enn s nd W reless Prop g on 5.0 Lettrers, vol.7, no.4, pp. 408-401, April 2008. Antenna peak gain [dBi] 4.5 [2] Raha Eshtiaghi, Java Nourinia and Changiz Ghobadi, 4.0 “Elec ro n c lly Coupled B nd o ched Ellep c l onopole n enn s for UWB ppl c on,” IEEE Tr ns. on An enn s nd 3.5 Propagation, vol.58, no.4, pp. 1397-1402, April 2010. 3.0 [3] Zhi An Zheng, Q ng X n Chu nd Zh Hong Tu, “Co p c Band-Rejec ed Ul r w deb nd slo n enn s nser ng w h λ/2 2.5 nd λ/4 reson on,” IEEE Tr ns. on An enn s nd prop g on, 2.0 vol.52, no.2 pp. 390- 397, Feb. 2011. 1.5 [4] .D.Th nh, . .D nh nd Y. r s w , “A ew Sche e o Enhance Bandwidth of Printed Dipole for Wideband 1.0 Appl c ons,” IEICE Tr ns. on Co un c ons, vol. E97-B, 3 4 5 6 7 8 9 10 11 no. 4, pp.773-782, April 2014. Frequency [GHz] [5] X. . ow, Z. . Chen, nd S.P.See Terence, “A UWB D pole Hình 7. H số ăng ích cực i trong dải tần khảo sát của anten MIMO. An enn W h Enh nced I ped nce nd G n Perfor nce,” ISBN: 978-604-67-0349-5 405
Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) IEEE Trans. on Antenna and Propagation, vol.57, no.10, pp. 2959-2966, Oct. 2009. [6] Z. . Chen, S.P.See Terence, nd X. ng “S ll Pr n ed Ul r w deb nd An enn W h Reduced Ground Pl ne Effec ,” IEEE Trans. on Antenna and Propagation, vol.55, no.2, pp. 383- 388, Feb. 2007. [7] .X. , S.S. Zhong, nd M.H. Chen, “Co p c B nd-notched Ultra-W deb nd An enn Us ng Defec ed Ground S ruc ure,” Microwave and Optical Tech. Letters, vol. 52, no. 5, pp. 286- 289, Feb. 2010. [8] M. Gopikrishna, D.D. Krishna, C.K. Aanandan, P. Mohanan, and . sudev n, “Co p c ne r T pered slo n enn for UWB ppl c ons,” Elec ron cs le ers, 25 h, vol.44, no.20, pp. 1-2, Sept. 2008. [9] .T.Trung, . .D nh nd H.D.Thuyen, “A Des gn of Ul r - W de B nd An enn ,” ATC’13, pp. 700 - 703, Oct. 2013. [10] Ali Imran j , Yv n Duroc nd S l Tedj n , “Des gn of MIMO n en s for ul r w deb nd co un c ons,” Av gnon, pp. 1-7, 2009. [11] X ngsong , Wen X ng , Chengyu n u, T o J n, “Two UWB - MIMO Antennas with Hing Isolation Using sleeve Coupled Stepped Impedance Reson ors,” IEEE As -Pacific Conference Antennas and Propagation, August 27-29, Singapore, 2012. [12] .T.Trung nd . .D nh, “Proposed MIMO ul r – wide band n enn w h co p c s ruc ure nd low u u l coupl ng,” ICS 2014, pp. 104 - 113, March 2014 [13] S. C. . o nd R.D. Murch, “Co p c n egr ed d vers y n enn for W reless co un c on,” IEEE Tr ns. on An enn s Propagation, vol.49, no.6, pp. 954-960, 2001. . ISBN: 978-604-67-0349-5 406