zunia.vn

Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z

zunia.vn

» Kỹ Thuật - Công Nghệ

» Điện - Điện tử

Đề xuất một mô hình ăng-ten MIMO mạch dải phân cực tròn có hệ số cách ly cao

Chia sẻ: Phó Cửu Vân | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:5

Báo xấu

11
lượt xem 4
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết "Đề xuất một mô hình ăng-ten MIMO mạch dải phân cực tròn có hệ số cách ly cao" trình bày một mô hình ăngten nhiều đầu vào nhiều đầu ra (Multiple-input Multipleoutput - MIMO) có phân cực tròn (circular polarization - CP) và cách ly cao giữa các cổng cấp nguồn. Trong đó, các tác giả đề xuất một cấu trúc mặt đất không hoàn hảo mới (Defected Ground Structure - DGS) để giảm tương hỗ và cho phép ăng-ten MIMO đạt được độ cách ly cao trong miền tần số công tác. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Đề xuất một mô hình ăng-ten MIMO mạch dải phân cực tròn có hệ số cách ly cao

Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) Đề xuất một mô hình ăng-ten MIMO mạch dải phân cực tròn có hệ số cách ly cao Trần Việt Đức Nguyên∗ , Nguyễn Quốc Định† , Đào Đức Tân‡ , Trần Huy Hùng‡ , Phan Văn Hưng§ , và Nguyễn Thái Dương¶ ∗ Khoa Vô tuyến điện tử, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội Email: tranvietducnguyen@lqdtu.edu.vn † Thông tin Vô tuyến tiên tiến, Học viện Kỹ thuật Quân sự, Hà Nội Email: dinhnq@lqdtu.edu.vn ‡ Khoa Điện - Điện tử, Trường Đại học Phenikaa, Hà Nội Email: {tan.daoduc, hung.tranhuy}@phenikaa-uni.edu.vn § Khoa Viễn Thông, Trường Đại học Thông tin Liên lạc, Nha Trang - Khánh Hòa Email: phanvanhung@tcu.edu.vn ¶ Trung tâm hợp tác quốc tế Khoa học Công nghệ Việt - Nhật, Học viện Kỹ thuật quân sự Email: duongnt@lqdtu.edu.vn Tóm tắt—Bài báo này trình bày một mô hình ăng- một thách thức luôn đặt ra cho các nhà nghiên cứu khi ten nhiều đầu vào nhiều đầu ra (Multiple-input Multiple- thiết kế các mảng ăng-ten là làm thế nào để giữa các output - MIMO) có phân cực tròn (circular polarization phần tử phát xạ đạt được một hệ số cách ly cao trên một - CP) và cách ly cao giữa các cổng cấp nguồn. Trong đó, các tác giả đề xuất một cấu trúc mặt đất không hoàn hảo dải tần số rộng. mới (Defected Ground Structure - DGS) để giảm tương hỗ và cho phép ăng-ten MIMO đạt được độ cách ly cao trong Hiện nay, nhiều công trình nghiên cứu đã được xuất miền tần số công tác. Ăng-ten MIMO gồm hai phần tử bản, trong đó trình bày nhiều kỹ thuật khác nhau nhằm phát xạ có kích thước tổng thể là 0.96λ × 0.71λ × 0.05λ triệt tiêu ảnh hưởng của hiệu ứng tượng tương hỗ giữa và khoảng cách giữa cạnh các phần tử là 0.08λ, với λ là các phần tử phát xạ trong một mảng ăng-ten. Các đề xuất bước sóng không gian tự do ở tần số hoạt động trung tâm. trong [1], [2], [3] sử dụng bộ cộng hưởng trường gần và Kết quả mô phỏng cho thấy, mảng ăng-ten đề xuất có dải bề mặt siêu vật liệu trên một lớp điện môi khác được thông khi phối hợp trở kháng và dải thông tỷ lệ trục 3 bố trí lên trên phần tử phát xạ, trong khi đó mô hình dB là 2.8% (5.2–5.35 GHz). Trong dải tần này, hệ số cách ly luôn tốt hơn 35 dB. So với các ăng-ten MIMO khác, ăng-ten trong [4] sử dụng kết cấu mạch giảm tương hỗ phương pháp giảm tương hỗ được đề xuất có ưu điểm là đặt bên dưới phần tử phát xạ. Ngoài ra, hiệu ứng tương đạt được độ cách ly cao trên dải tần số rộng. hỗ từ phần tử ăng-ten này sang phần tử khác trong một Từ khóa—ăng-ten mạch dải, MIMO, DGS, cách ly cao, mảng ăng-ten còn có thể được giảm đến mức thấp nhất phân cực tròn bằng cách áp dụng các cấu trúc giảm tương hỗ đặt trên cùng một lớp với phần tử phát xạ, bao gồm kết cấu I. ĐẶT VẤN ĐỀ mặt đất không hoàn hảo (DGS) [5], vật liệu khe điện Ăng-ten nhiều đầu vào nhiều đầu ra có bức xạ phân tử (Electromagnetic band gap - EBG) [6], đường dây cực tròn đã và đang đóng một vai trò ngày càng quan trung tính (Neutralization line - NL) [7], và phần tử thụ trọng hơn trong các hệ thống thông tin vô tuyến hiện động (Parasitic Element - PE) [8]. Cho dù các nghiên đại nhờ vào những lợi ích về cả dung lượng kênh và khả cứu nêu trên đã có thể triệt tiêu một cách đáng kể hiệu năng truyền tin đa đường. Trong những năm gần đây, ứng tương hỗ thì dải tần số có tương hỗ cực thấp này các nhà nghiên cứu ăng-ten đã nghiên cứu và công bố còn khá hẹp. Ngoài ra, đa số các công bố này đều chỉ nhiều mô hình ăng-ten MIMO khác nhau. Tuy nhiên, chú trọng vào việc cải thiện phẩm chất về hệ số cách ly ISBN 978-604-80-8932-0 77
Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) (a) (a) (b) Hình 1. Cấu tạo của mô hình ăng-ten đề xuất. cho mảng ăng-ten có phần tử phân cực tuyến tính. Các mô hình ăng-ten được công bố trong [9], [10], [11], [12] dành cho ăng-ten MIMO phân cực tròn. Tuy vậy, mặt hạn chế mà các công trình này còn mắc phải đó là miền tần số công tác có hệ số cách ly cao lại rất hẹp, thậm chí (b) là hẹp hơn nhiều so với dải tần hoạt động của ăng-ten. Hình 2. Kết quả mô phỏng hai mẫu ăng-ten phân cực tròn MIMO. (a) Bài viết này đề xuất một mô hình ăng-ten mạch dải Tham số tán xạ và (b) tỷ lệ trục. phân cực tròn có thể áp dụng trong các hệ thống truyền thông MIMO và truyền thông song công toàn phần có hệ số cách ly cao giữa các phần tử đặt cạnh nhau. Mô cắt ở góc trên bên trái và góc dưới bên phải có vai trò hình ăng-ten đề xuất gồm một mảng hai phần tử ăng-ten tạo ra giản đồ bức xạ phân cực tròn trái. Ăng-ten bên mạch dải có dạng phân cực khác nhau, bao gồm phân phải được cắt vào hai góc đối điện đảm nhiệm việc tạo cực tròn trái (Left-hand Circular Polarization - LHCP) ra phân cực tròn phải. Cấu trúc DGS hình chữ I cải tiến và phân cực tròn phải (Right-hand Circular Polarization được đặt vào mặt phẳng đất. Ăng-ten được mô phỏng - RHCP). Để triệt tiêu một cách triệt để ảnh hưởng tương và tối ưu các tham số trên phần mềm mô phỏng cấu hỗ từ phần tử phát xạ này sang phần tử ăng-ten lân cận, trúc cao tần (HFSS). Các tham số tối ưu của ăng-ten bài báo đề xuất một cấu trúc DGS nhằm cái thiện một như sau: Ls = 55 mm, Ws = 40 mm, w1 = 17.3 mm, cách đáng kể hệ số cách ly và mở rộng miền tần số công lf = 6.5 mm, lc = 3.9 mm, l0 = 4.1 mm, w0 = 3.9 mm, tác được cách ly cao. d1 = 5 mm, l = 27.8 mm, l1 = 12.2 mm, l2 = 22 mm, w = 1.2 mm, s = 0.3 mm. II. CẤU TẠO ĂNG -TEN Hình 1 trình bày cấu tạo của mô hình ăng-ten được III. KẾT QUẢ MÔ PHỎNG VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG đề xuất trong bài báo này. Ăng-ten được chế tạo trên Các đồ thị trong Hình 2 biểu diễn kết quả mô phỏng chất nền điện môi Taconic TLY-5 có hằng số điện môi với các tham số ma trận tán xạ và tỷ lệ trục (AR) của là 2.2 và hệ số suy hao là 0.0009. Ăng-ten được phát xạ mô hình ăng-ten MIMO phân cực tròn kép trong trường bằng hai phần tử mạch dải hình vuông được cắt cạnh ở hợp có sử dụng và không sử dụng cấu trúc khe hình chữ các vị trí không giống nhau để tạo ra hai dạng phát xạ I cải tiến ở mặt phẳng đất. Như thể hiện trong hình, cả phân cực tròn khác nhau. Phần tử phát xạ bên trái được hai mẫu ăng-ten đều có dải thông khi hệ số phản xạ nhỏ ISBN 978-604-80-8932-0 78
Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) Hình 3. Phân bố dòng bề mặt trên mặt phẳng đất của mô hình ăng-ten (a) MIMO phân cực tròn khi không sử dụng và có sử dụng cấu trúc DGS. hơn -10 dB tương tự nhau. Đồng thời, cả hai ăng-ten tạo ra dạng bức xạ phân cực tròn khi hệ số tỷ lệ trục của cả hai mô hình trong dải thông phối hợp trở kháng đều nhỏ hơn 3 dB. Tuy nhiên, khi đề cập tới hệ số cách ly thì có một sự khác biệt đáng kể. Trong trường hợp mảng ăng-ten không sử dụng cấu trúc DGS, độ cách ly giữa hai phần tử ăng-ten nằm trong khoảng 15 dB. Ngược (b) lại, khi mặt phẳng đất được cắt khoét khe hình chữ I và Hình 4. Mô phỏng mảng ăng-ten phân cực tròn hai phần tử giảm tương thêm hai khe lân cận, mô hình ăng-ten này thu được hệ hỗ bằng cấu trúc DGS tại tần số 5.26 GHz. (a) Hệ số tăng ích chuẩn số cách ly tối đa lên tới 42 dB, trong đó độ cải thiện hóa và (b) giản đồ bức xạ. cách ly lên tới 27 dB. Ăng-ten được khoét khe có dạng hình chữ I cải tiến ở mặt phẳng đất mang lại dải tần số công tác ở chế độ phân cực tròn là 2.8%, với tần số thấp nhất là 5.2 GHz và cao nhất là 5.35 GHz. Trong dải tần số này, hệ số truyền đạt giữa phần tử phát xạ bên trái và phần tử ăng-ten lân cận luôn nhỏ hơn -35 dB. Sự suy giảm một cách đáng kể hiệu ứng tương hỗ giữa các phần tử phát xạ của mảng ăng-ten có nguyên nhân từ việc cấu trúc DGS kiểm soát dòng bề mặt từ phần tử ăng-ten được kích thích sang phần tử thụ động ở lân cận. Ở đây, cấu trúc DGS thể hiện chức năng của một bộ lọc chắn dải. Khi đó, cơ chế hoạt động làm giảm tương hỗ mà kết cấu DGS hình chữ I cải tiến mang lại Hình 5. Đồ thị kết quả tính toán hệ số tương quan đường bao (ECC). có thể giải thích được bằng cách quan sát giản đồ véc-tơ phân bố dòng điện trên mặt phẳng đất của ăng-ten. Giản đồ này được minh họa ở Hình 3. Kết quả mô phỏng cho Kết quả mô phỏng hệ số tăng ích chuẩn hóa và giản thấy các véc-tơ dòng điện tương hỗ giữa hai phần tử đồ bức xạ trên mặt phẳng x − z và mặt phẳng y − z của phát xạ đều bị hút vào xung quanh cấu trúc hình chữ mô hình ăng-ten đề xuất khi được cấp nguồn từ cổng 1 I và hai khe lân cận khi góc pha của nguồn phát xạ là được trình bày ở Hình 4. Như minh họa ở hình 4(a), hệ 0° và 90°. Trái lại, khi không có cấu trúc giảm tương số tăng ích trên hướng phát xạ chính luôn tốt hơn 5 dBi hỗ, cường độ véc-tơ phân bố dòng điện trên mặt phẳng trong dải tần số công tác. Ăng-ten phát xạ phân cực tròn đất quanh vị trí cấp nguồn của phần tử không phát xạ quay trái theo hướng +Oz. Ngoài ra, độ cách ly phân là tương đối cao. cực, được đánh giá bằng hiệu số giữa đồng phân cực và ISBN 978-604-80-8932-0 79
Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) Bảng I so với các công trình khác cùng sử dụng cấu trúc mặt SO SÁNH PHẨM CHẤT CÁC ĂNG -TEN MIMO MẠCH DẢI PHÂN CỰC phẳng đất không hoàn hảo đồng thời vẫn duy trì được TRÒN một khoảng cách rất nhỏ tính từ cạnh của phần tử này TLTK Phương Khoảng cách Dải thông Dải thông tới ăng-ten lân cận. Hơn nữa, toàn bộ dải tần công tác pháp cạnh (λ0 ) (%) cách ly 35-dB(%) [9] DGS + stubs 0.06 1.9 N/A của ăng-ten trong bài báo này đều đạt được hệ số cách [10] DGS + PE 0.17 2 2 ly luôn lớn hơn 35 dB. Mô hình đề xuất trong [9] có [11] None 0.4 16.8 9.9 [12] Vi dải nối đất 0.09 8.3
Hội nghị Quốc gia lần thứ 26 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ Thông tin (REV-ECIT2023) [6] X. Yang, Y. Liu, Y.-X. Xu, and S.-x. Gong, “Isolation enhance- ment in patch antenna array with fractal uc-ebg structure and cross slot,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 16, pp. 2175–2178, 2017. [7] A. A. Ghannad, M. Khalily, P. Xiao, R. Tafazolli, and A. A. Kishk, “Enhanced matching and vialess decoupling of nearby patch antennas for mimo system,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 18, no. 6, pp. 1066–1070, 2019. [8] H. H. Tran and N. Nguyen-Trong, “Performance enhancement of mimo patch antenna using parasitic elements,” IEEE Access, vol. 9, pp. 30 011–30 016, 2021. [9] M. Y. Jamal, M. Li, and K. L. Yeung, “Isolation enhancement of closely packed dual circularly polarized mimo antenna using hybrid technique,” IEEE Access, vol. 8, pp. 11 241–11 247, 2020. [10] M. A. Sufian, N. Hussain, A. Abbas, J. Lee, S. G. Park, and N. Kim, “Mutual coupling reduction of a circularly polarized mimo antenna using parasitic elements and dgs for v2x commu- nications,” IEEE Access, vol. 10, pp. 56 388–56 400, 2022. [11] N. Hussain, M.-J. Jeong, A. Abbas, and N. Kim, “Metasurface- based single-layer wideband circularly polarized mimo antenna for 5g millimeter-wave systems,” IEEE Access, vol. 8, pp. 130 293–130 304, 2020. [12] H.-H. Tran, N. Hussain, H. C. Park, and N. Nguyen-Trong, “Isolation in dual-sense cp mimo antennas and role of decoupling structures,” IEEE Antennas and Wireless Propagation Letters, vol. 21, no. 6, pp. 1203–1207, 2022. [13] M. S. Sharawi, “Current misuses and future prospects for printed multiple-input, multiple-output antenna systems [wireless cor- ner],” IEEE Antennas and Propagation Magazine, vol. 59, no. 2, pp. 162–170, 2017. ISBN 978-604-80-8932-0 81

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

LV.15: Bộ Đồ Án Tốt Nghiệp Chuyên Ngành Cơ Khí

65 tài liệu

2431 lượt tải

THÔNG TIN

TRỢ GIÚP

HỖ TRỢ KHÁCH HÀNG

Theo dõi chúng tôi

Chịu trách nhiệm nội dung:

Nguyễn Công Hà - Giám đốc Công ty TNHH TÀI LIỆU TRỰC TUYẾN VI NA

LIÊN HỆ

Địa chỉ: P402, 54A Nơ Trang Long, Phường 14, Q.Bình Thạnh, TP.HCM

Hotline: 093 303 0098

Email: support@tailieu.vn

Giấy phép Mạng Xã Hội số: 670/GP-BTTTT cấp ngày 30/11/2015 Copyright © 2022-2032 TaiLieu.VN. All rights reserved.