Luận văn cao học GVHD: PGS. TS Vũ ă V n Yêm
Nguyễn Ngọc Lan - 12BKTTT1 - ĐHBKHN 1
LỜI NÓI ĐẦU
Trong th i ngày ời đại bùng n i thông tin cổ thông tin, nhu cầu trao đổ ủa con ngườ
càng cao. Do đó, việc sử dụ ệ ống các h th ng thu phát vô tuyế đn ã phần nào đ ứáp ng
được nhu cầu cậ ập nh t thông tin mộ ệ ốt cách nhanh chóng và chính xác. Các h th ng
MIMO (Multiple Input - Multiple Output) cũ đng ã ra đời nhằ đ ứm áp ng nhu cầu trên.
M i ột trong những ưu đ ểm nổi bật của hệ thống MIMO đó là việc cải thiện đáng kể
dung lượng và tốc độ dữ ệ ủ ệ ố ầ ử ầ li u c a h th ng. Tuy nhiên, do các ph n t đượ đặc t g n
nhau nên xả ựy ra s tươ ương hộ ữ ầ ử gi a các ph n t . T ng hỗ đ ả ệ ấ ệ ã làm gi m hi u su t h
thống một cách đáng kể. Việc này gây ra sự lãng phí công suất và gây nhiễu, ảnh
hưởng xấu tới hệ thống. Do đó, tương hỗ là vấn đề quan trọng trong hệ thống đa anten.
Siêu vật li t liệu (metamaterial) có những đặc tính khác biệt so với các vậ ệu
thông thường. Do đó, việc áp dụ ấ ậng c u trúc siêu v t liệu là mộ đ ớ ểt hướng i m i và có th
gi n ải quyết được vấ đề trên.
Với lý do như vậ đ ọ ứy, tôi ã ch n đề tài nghiên c u các phương pháp làm giả ựm s
tương hỗ giữa các phần tử trong dàn cũng như trong các hệ thống đa anten làm luận
vă ủ ậ ăn c a mình. Lu n v n trình bày phương pháp giả ể ựm thi u s tương hỗ bằ ấng c u trúc
siêu vật liệu.
Mặc dù, tôi đã rất cố gắ ậ ă ộ ố ấng để hoàn thành Lu n v n m t cách t t nh t, tuy nhiên
chắc chắn vẫn không tránh khói sai sót. Do đó, tôi mong nhận n được các ý kiế đóng
góp quý báu của các thầy cô giáo và các bạn để Luận v n hăn có thể hoàn thiệ ơn.
Trong quá trình thực hi ã nhện, tôi đ ận được rất nhiề ựu s giúp đỡ củ ữa nh ng
người xung quanh. Đầu tiên, tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy giáo PGS.TS Vũ
Văn Yêm - người đ ậ ỉã t n tình ch bả ẫ ố ậ ăo hướng d n tôi trong su t quá trình làm lu n v n.
Đồng thờ ử ờ ả ơ ớ ỳ ễ ả đ ệi, tôi xin g i l i c m n t i anh NCS Hu nh Nguy n B o Phương ã nhi t
tình giả đi áp cho tôi trong quá trình làm luận văn. Cả ơm n anh Võ Xung Hà - Phòng
anten - Viện Radar - Viện KHCN Quân sự đ ế ế ã giúp đỡ tôi trong quá trình thi t k anten
Luận văn cao học GVHD: PGS. TS Vũ ă V n Yêm
Nguyễn Ngọc Lan - 12BKTTT1 - ĐHBKHN 2
c ũng như đo kiểm. Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, bạn bè và người thân
đ ố ờã độ đồng viên và luôn ng hành cùng tôi trong su t th i gian qua.
Hà Nội, tháng năm 2014
Học viên thực hiện
Nguyễn Ngọc Lan
Luận văn cao học GVHD: PGS. TS Vũ ă V n Yêm
Nguyễn Ngọc Lan - 12BKTTT1 - ĐHBKHN 3
TÓM TẮT LUẬN VĂN
Trong nhữ ăng n m gầ đn ây, các hệ thống MIMO (Multi Input Multi Output)
ngày các nhậ ền được nhi u sự quan tâm của các nhà nghiên cứu. Rõ ràng là, hệ thống
MIMO cho phép cải thiện tốc độ dữ ệ ậ ố ơ ớ ệ li u, phân t p, dung lượng kênh t t h n so v i h
thống SISO (Single Input Single Output). Tuy nhiên, vấn đề đối với hệ thống MIMO
cũng như các anten dàn đó là tương hỗ. Tương hỗ ả ấ ệ ấ nh hưởng x u đến hi u su t, đồ thị
bức xạ, dung lượng kênh, ước lượng kênh, v.v… của hệ thống.
Hiện nay, có nhiều ph u nhương pháp để giảm thiể ư ệ ử ụ vi c s d ng ma trận bù hay
dùng phương pháp xử lý tín hiệu. Ngoài ra, chúng ta có thể thiết kế phần cứng như
thiết kế slot hay lập dải phân cách để giả ỗ ố ấ ệm tương h . Tuy nhiên, cách t t nh t và tri t
để hơ ả ế ế ằ ệ ửn c là thi t k anten b ng vi c s dụng cấu trúc siêu vật liệu, và đây chính là
mục đích của Luận văn này. Hiệu quả của phương pháp này được kiểm chứng bằ ếng k t
quả thực hiện (mô phỏng và đo lường) đố đội vớ ả ầ ử ại anten vi d i hai ph n t ho t ng trong
băng tần 5.8 GHz. Anten được thiết kế bằng phần mềm CST Microwave Studio 2011.
Luận văn cao học GVHD: PGS. TS Vũ ă V n Yêm
Nguyễn Ngọc Lan – 12BKTTT1 – ĐHBKHN 4
ABSTRACT
In recent years, MIMO (Multi Input Multi Output) systems is more attention
from researchers. It is clear that, the MIMO allow improved data rate, diversity,
channel capacity better than single input and single output (SISO) systems. However,
the problem for MIMO systems and array antenna is mutual coupling. The mutual
coupling significantly affects be systems, such as: performance, radiation pattern,
channel capacity, channel estimation, … of the system.
Currently, there are many methods to mutual coupling reduction, such as
compensation matrix or signal processing method. In addition, we can design hardware
such as slot design or separator between antenna elements to mutual coupling
reduction. However, the best method to mutual coupling reduction is antenna design by
using metamaterial structure, and this is the purpose of this thesis. The effectiveness of
this method are tested (simulation and measurement) in array antenna of two antenna
elements which operate in frequency of 5.8 GHz. The antenna is designed by CST
Microwave Studio 2011 software.
Luận văn cao học GVHD: PGS. TS Vũ ă V n Yêm
Nguyễn Ngọc Lan – 12BKTTT1 – ĐHBKHN 5
MỤC LỤC
M CỤC LỤ.......................................................................................................................5
CHƯƠNG I: ẢNH HƯỞNG TƯƠNG HỖ GIỮA CÁC PHẦN TỬ TRONG
ANTEN DÀN ................................................................................................................11
1.1 Mô hình hệ thống MIMO................................................................................13
1.2 Lý thuyết anten dàn (antenna array)..............................................................14
1.2.1 Trường xa của anten dàn...........................................................................14
1.2.2 Các mả ấng đồng nh t..................................................................................16
1.3 Ảnh hưởng tương hỗ lên hệ thống .................................................................18
1.3.1 Ảnh hưởng tương hỗ lên hiệu suất của hệ thống .......................................18
1.3.2 Ảnh hưởng tương hỗ lên dung lượng kênh, ướ ược l ng kênh và BER........21
1.4 Tổng kết chương ...............................................................................................25
CHƯƠNG II: CÁC KỸ THU M NHẬT GIẢ Ỏ KÍCH THƯỚC ANTEN...............26
2.1 Khái niệm cơ ả b n.............................................................................................26
2.1.1 Tiêu chuẩn Fano-Bode cho đ ứáp ng thông dải.........................................26
2.1.2 Tiêu chuẩn Fano-Bode cho đ ứáp ng thông cao.........................................28
2.1.3 Tiêu chuẩn Chu..........................................................................................30
2.2 Kỹ thuật giảm nh c antenỏ kích thướ ..............................................................32
2.2.1 Hệ ố s giảm nhỏ kích thước........................................................................32
2.2.2 Kỹ thuật giảm nhỏ kích thước anten..........................................................33
2.2.2.1 Giảm nhỏ kích thước anten bằng cách tăng tụ song song (shunt
Capacitance)...........................................................................................................33
2.2.2.2 Giảm nh ng cách tỏ kích thước anten bằ ăng cuộn cảm nối tiếp ATL
(series inductance)..................................................................................................34
2.2.2.3 Giảm nhỏ kích thước anten bằng cách sử dụ ậ ệ ằ ố đ ệng v t li u có h ng s i n
môi cao ................................................................................................................36