Phân tích và thiết kế giàn Anten Quasi-yagi ứng dụng cho hệ thống radar ở dải sóng milimet

- NGUYỄN THỊ MINH THUỶ Phân tích và thit k giàn anten quasi-Yagi ứng dng cho hệ thống ra-đa ở dải sóng milimét LUẬN VĂN THAC SỸ KHOA HỌC NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS.
- Hà nội, tháng 10 năm 2010 Tác gi Nguyn Th Minh Thủy 2 MC LC LI CAM ĐOAN MC LC DANH MC CÁC CH VIT TT DANH MC BNG BIU DANH MC CÁC HÌNH V, Đ TH LI NÓI ĐU Chng 1: TNG QUAN .
- Một s ng dng công ngh sóng milimét .
- Phng trình Maxell và điu kin biên .
- Phng trình th .
- Khái quát v phng pháp phn t hu hn .
- Nhng đặc trng c bn ca anten .
- Các h thng anten .
- Gii thiu v anten mng .
- Các tham s c bn ca một anten mng .
- Phân loi anten mng .
- Các đnh nghĩa, lý thuyt chung ca anten mng Chng 3 : PHÂN TÍCH VÀ THIT K GIÀN ANTEN QUASI-YAGI DI TN 30 GHZ .
- Gii thiu anten Yagi-Uda truyn thng .
- Lý thuyt anten quasi-Yagi .
- Phân tích và thit k anten mng quasi-Yagi di tn 30 GHZ .
- Thit k anten quasi-Yagi di tn 30 GHZ .
- Thit k bộ Feed cho anten mng quasi-Yagi - 30 GHZ .
- Thit k anten mng quasi-Yagi di tn 30 GHZ .
- Kt qu mô phng và tho lun .
- Gii thiu công c mô phng - Ansoft HFSS .
- Kt qu mô phng TÀI LIU THAM KHO BNG ĐI CHIU THUT NG ANH-VIT DANH MC CÁC CH VIT TT BEM Boundary Element Method Phng pháp phn t biên BSC Base Station Control Trm điu khin gc BTS Base Transceiver Station Trm phát sóng gc CPS Coplanar stripline Đng vi di đng phẳng CPW coplanar waveguide ng dn sóng đng phẳng FDTD Finite difference time domain Bin đi hu hn min thi gian FEM Finite Element Method Phng pháp phn t hu hn IF Intermediate Frequence Tn s trung tn LAN Local Area Network Mng máy tính cc bộ LOS Light of sight Tm nhìn thẳng mm Millimeter milimét MoM method of moment Phng pháp mô-men MSA Microstrip Anten anten vi di MW Millimeter Wave sóng millimét MWT Millimeter wave technology Công ngh sóng millimét RF Radio Frequence Sóng vô tuyn SNR Signal Noise Ratio T s tín trên tp V2V Vehicle to Vehicle xe vi xe WLAN Wireless Local Area Network Mng vô tuyn cc bộ WPAN Wireless Personnal Area NetworkMng vô tuyn cá nhân DANH MC BNG BIU Bng 2.1: So sánh gia phng pháp mô-men và phng pháp phn t hu hn...39 Bng 3.1: Thông s kích thc ca anten truyn thng (đn v µm DANH MC CÁC HÌNH VẼ, Đ THỊ Hình 1.1: Tc độ d liu, phm vi chuẩn WLAN và WPAN và ng dng Hình 1.2: Ph tn s Hình 1.3: Các phng thc truyn sóng Hình 1.4: Sóng không gian và chân tri vô tuyn Hình 1.5: H thng giao tip V2V Hình 1.6: H thng công ngh “Nút giao nhau thông minh Hình 1.7: Mô hình kt ni BTS – BSC s dng MWT Hình 1.8: Mô hình minh họa thông tin v tinh ti thành ph Hình 2.1: Điu kin biên ca E và B Hình 2.2: Nhng phn t hu hn đin hình Hình 2.3: (a) Min nghim.
- (b) Sự ri rc hóa phn t hu hn min nghim Hình 2.4: Phn t tam giác đin hình Hình 2.5: Ri rc hóa min nghim không đng nht.
- Hình 2.6: Tng hp ba phn t i-j-k Hình 2.7: Min nghim đi xng qua trc Hình 2.8: Cách chia min nghim thành các phn t Hình 2.9: H thng anten thu và phát Hình 2.10: Đ th phng hng trong to độ cực Hình 2.11: Đ th phng hng trong to độ góc Hình 2.12: Cu trúc anten vi di và h tọa độ Hình 2.13: Các hình dng ca anten vi di dng tm.
- Hình 2.14: Cu trúc anten dipole vi di.
- Hình 2.15: Các dng c bn ca anten khe vi di Hình 2.16: Các hình dng ca anten vi di sóng chy.
- Hình 2.17: Tip đin bằng cáp đng trc Hình 2.18: Tip đin bằng đng vi di Hình 2.19: Tip đin bằng ghép khe Hình 2.20: Trng bc x E và H ca anten vi di Hình 2.21: Tip đin bằng 1 đng vi di Hình 2.22: Tip đin bằng 2 đng vi di vào hai cnh ca anten Hình 2.23: Một mng tuyn tính cách đu Hình 2.24: Mng vòng vi k phn t cách đu Hình 2.25: Mng phẳng hình ch nht Hình 2.26 : Mng phẳng hình lc giác Hình 2.27: Mng điu khin búp sóng tng tự Hình 2.28: Anten mng vi di gm bn phn t Hình 2.29: Mng pha tuyn tính Hình 3.1: Anten Yagi - Uda (Anten Dn x Hình 3.2: Mô hình anten Yagi-Uda và quasi-Yagi Hình 3.3: Mô hình thit k chi tit anten quasi -Yagi Hình 3.4: a) bộ chuyn đi λ/4 .
- b) bộ chia tín hiu đu vào Hình 3.5: Bộ tr 1800.
- b) góc chuyn Hình 3.6: Kt ni bộ tr và CPS Hình 3.7: Mô hình thit k và mô phng anten quasi-Yagi Hình 3.8: Mô hình thit k bộ Feed cho anten mng quasi-Yagi Hình 3.9: Mô phng bộ Feed cho Hình 3.10: Mô hình thit k anten mng quasi-Yagi Hình 3.11: Cách chia phn t hu hn trong HFSS Hình 3.12: Các bộ quét tn s Hình 3.13: Các ngun kích thích Hình 3.14: Các điu kin biên Hình 3.15: Loi li gii trong HFSS Hình 3.16: S đ khi thực hin mô phng ca HFSS Hình 3.17: Mô phng hình nh 3D - anten quasi-Yagi 30 GHZ Hình 3.18: Mô phng bc x trng E, anten quasi-Yagi 30 GHZ Hình 3.19: Mô phng bc x dòng mặt, anten quasi-Yagi 30 GHZ Hình 3.20: Đ th tn hao ngc S11 ca anten quasi-Yagi -30 GHZ Hình 3.21: Đ th bc x mặt phẳng E và H anten quasi-Yagi -30 GHZ Hình 3.22: Đ th bc x phân cực thẳng và ngang, anten quasi-Yagi 30 GHZ ......87 Hình 3.23: Mô phng bc x trng E bộ feed, anten quasi-Yagi 30 GHZ Hình 3.24: Mô phng dòng mặt, bộ feed, anten quasi-Yagi 30 GHZ Hình 3.25: H s truyn đt ca bộ feed -30 GHZ Hình 3.26: Mô hình 3D, anten mng quasi-Yagi 30 GHZ Hình 3.27: Mô phng bc x trng E, anten mng quasi -Yagi 30 GHZ Hình 3.28: Mô phng bc x dòng mặt, anten mng quasi-Yagi 30 GHZ Hình 3.29: Đ th tn hao ngc S11, anten mng quasi –Yagi 30 GHZ Hình 3.30: Đ th bc x mặt phẳng E anten mng quasi-Yagi Hình 3.31: Bc x phân cực thẳng và ngang trong mặt phẳng E Hình 3.32: Đ th bc x trong mặt phẳng H, anten mng quasi –Yagi 30GHZ .....91 Hình 3.33: Đ th bc x phân cực thẳng và ngang trong mặt phẳng H Hình 3.34: Hình nh 3D - Độ tăng ích anten mng quasi – Yagi Hình 3.35: Hình nh 3D anten mng quasi-Yagi - 30 GHZ nghiêng Hình 3.36: Bc x trng E, anten mng quasi -Yagi 30 GHZ nghiêng Hình 3.37: Bc x dòng mặt, anten mng quasi-Yagi 30 GHZ nghiêng Hình 3.38: Tn hao ngc S11 anten mng quasi-Yagi 30 GHZ nghiêng Hình 3.39: Độ tăng ích anten mng quasi-Yagi-30 GHZ nghiêng góc Hình 3.40: Đ th bc x anten mng quasi-Yagi 30 GHZ, góc Hình 3.41: Đ th bc x anten mng quasi-Yagi 30 GHZ nghiêng góc Hình 3.42: Đ th bc x anten mng quasi-Yagi 30 GHZ, góc Hình 3.43: Đ th bc x anten mng quasi-Yagi 30 GHZ, góc LỜI NÓI ĐU Cùng vi sự phát trin ca xã hội nhu cu thông tin liên lc ca con ngi là rt ln, các h thng thông tin liên lc đã và đang góp phn đặc bit quan trọng vào quá trình phát trin kinh t, xã hội, quc phòng và an ninh ca mọi quc gia, đặc bit trong xu th toàn cu hóa nh hin nay.
- Trong các h thng thông tin vô tuyn vai trò ca anten là vô cùng quan trọng, nó quyt đnh đn cht lng ca kênh truyn sóng.
- Do đó, vic nghiên cu v anten mng có ý nghĩa ht sc quan trọng vì đu ra anten mng v lý tng s to ra một “búp sóng không” v phía ngun nhiu và búp sóng chính v phía tín hiu, dn đn quá trình trit nhiu đc d dàng, qua đó quyt đnh đn cht lng thu phát tín hiu ca h thng thông tin.
- Gn đây, các h thng ra-đa hot động  di sóng milimét s dng cho các phng tin c gii đã và đang thu hút đc sự quan tâm đặc bit từ các nhà nghiên cu cũng nh các hãng sn xut.
- Các h thng ra-đa này có kh năng hỗ tr con ngi trong điu kin thi tit xu qua đó giúp gim thiu các nguy c gây tai nn cho các phng tin c gii.
- H thng ra-đa nói trên s dng sóng phân cực tuyn tính và nghiêng một góc ± 45 độ đ tránh can nhiu đn nhng phng tin lân cn.
- Anten cho h thng ra-đa này đòi hi phi có hiu sut bc x cao đng nghĩa vi h s tăng ích ln đ có th dò tìm đc nhng vt th từ khong cách xa, có kích thc nh, và d dàng ch to.
- Xut phát từ nhng c s khoa học và nhu cu đòi hi từ thực tin, lun văn cao học vi tên đ tài:“Phân tích và thiết kế giàn anten quasi-Yagi ứng dụng cho hệ thống ra-đa ở dải sóng milimét” đã bc đu xây dựng gii pháp thực hin nhằm đt đc mc tiêu c th nh sau.
- Nghiên cu tng thut các tài liu kỹ thut liên quan đn công ngh vô tuyn  di sóng milimét.
- 9 • Tìm hiu và s dng thành tho công c phân tích và thit k anten dựa trên phng pháp phn t hu hn min tn s.
- Phân tích và thit k giàn anten quasi-Yagi  tn s 30 GHz cho h thng ra-đa trên các phng tin c gii.
- Do điu kin thi gian và trình độ còn hn ch, nên nhng sai sót trong quá trình làm lun văn là khó tránh khi.
- Hà Nội, tháng 10 năm 2010 Ngi thực hin lun văn NGUYN TH MINH THY 10 Chng 1: TNG QUAN Chng 1 bt đu bằng vic tìm hiu hin trng, sự phát trin, cũng nh nhu cu ca h thng thông tin hin ti.
- Các phn tip theo là động lực thúc đẩy sự nghiên cu phát trin chuẩn công ngh cho di sóng millimét.
- Cui chng là yêu cu vi anten cho nhng h thng hot động ti di sóng millimét, và kt qu mong mun thực hin trong lun văn.
- Nhu cu mng không dây hiện nay Ngày nay, trong xu th hội nhp, toàn cu hóa, cùng vi sự bùng n ca khoa học kĩ thut hin đi, công ngh vin thông tiên tin, nhng ng dng, dch v đa phng tin đc đa ti ngi dùng vi nội dung, cht lng ngày một nâng cao.
- Đây là một thách thc ln đi vi nhng nhà nghiên cu cũng nh nhà cung cp dch v khi cn phi xây dựng chuẩn cho các công ngh kĩ thut nhằm đáp ng đc nhu cu này.
- Sự chp nhn một th h ca công ngh Ethernet đc quyt đnh bi các yu t nh kinh t, nhu cu, và tc độ ti đó giá ca công ngh mi cnh tranh đc so vi công ngh cũ.
- Trong tháng 1 năm 2007, Ethernet tc độ 10 Gbps truyn trên si cáp đng đc gii thiu, thêm vào đó, Ethernet tc độ gigabit có tính kinh t hn cho nhng kt ni sever và kt ni desktop vi giá r hn giá ca công ngh 100 Mbps.
- Nh một h qu, công ngh Ethernet tc độ gigabit tr thành chuẩn cho nhng máy ch, và nhng h thng ngày nay đuc thit k vi card mng tc độ gigabit.
- Khi giá ca h thng gigabit không dây đt ti giá ca đng truyn/ kt ni 100 Mbps, ngi dùng s chuyn sang sn phẩm có hiu năng cao hn, cho c nhng ng dng không dây truyn thng, cũng nh cho nhng ng dng h thng vi tc độ gigabit.
- Trong khía cnh ca một mô hình kinh t, giao tip không dây đang hng ti cách tip cn cn cho tc độ gigabit và kt ni vùng rộng hn nh nhng ng dng xut hin cho mng audio/visual (A/V) gia đình, 11 multimedia cht lng cao, dch v thoi và s liu.
- H thng WLANs có th cung cp tc độ cực đi là 54 Mbps, vi 200 – 500 Mbps nh IEEE 802.11n, chuẩn b đa vào khai thác.
- Tuy nhiên, ngay c tc độ vi 500 Mbps, WLANs cũng không th đáp ng đc nhu cu truy cp tc độ cao hn từ nhng chng trình mi và sự cnh tranh từ mng LANs 10 Gbps.
- Dựa trên yêu cu kĩ thut ca nhng ng dng cho h thng không dây tc độ cao, nhng nhà xây dựng chuẩn công ngh cn phi tính ti nhng vn đ sau.
- Yêu cu cho nhng ng dng đa phng tin (multimedia) không dây, độ phân gii cao, yêu cu tc độ truyn ln hn.
- Một vài hung tip cn, nh IEEE 802.11n, đang tăng tc độ d liu bằng cách ci to nhng chuẩn WLANs đ tăng tc độ d liu và đt ti tc độ nhanh gp 10 ln so vi IEEE 802.11g.
- Nhng yu t khác nh băng thông rộng đang đòi hi nhiu hn na nhng bin pháp hu hiu, nh chia s ph vi nhng ngi s dng khác.
- Một cách khác chc chn đa vào thực t là phng pháp đa lên di tn cao hn, cha đuc s dng và không thông dng đó là di tn vi bc sóng millimét (millimeter wave - MW.
- Mặc dù công ngh sóng mm đã đc công b trong nhiu năm gn đây, nhng h thng sóng mm mi ch đuc khai thác ch yu trong lĩnh vực quân sự.
- Hin ti vi nhng u đim trong công ngh x lý và nhng gii pháp tích hp chi phí thp, công ngh này đã bt đu thu hút sự quan tâm ln từ nhng chuyên gia, nhà thng mi và nhng nhà xây dựng chuẩn.
- Nói chung, công ngh sóng mm đc phân loi theo tn s từ 30 GHz ti 300 GHz tng ng vi bc sóng từ 10 ti 1 mm.
- Tuy đem li nhiu u đim, nhng h thng thông tin dựa trên công ngh sóng mm cũng gặp phi nhiu vn đ cn phi gii quyt, nh chuẩn IEEE 802.11n s tăng hiu 12 năng ca h thng thông tin không dây, nhng mi ch băng thông đc tăng lên, còn tc độ d liu vn thp hn 1 Gbps.
- Di đây là hình nh minh họa tc độ d liu và phm vi yêu cu cho nhng h thng WLAN và WPAN.
- Hình 1.1: Tốc độ dữ liệu, phạm vi chuẩn WLAN và WPAN và ứng dụng.
- Bi vì cn có sự phân bit gia nhng chuẩn khác nhau cho sự khai thác thng mi.
- Ti nhng tc độ và phm vi này, vic cung cp năng lng thích hp cho hot động ca h thng sóng mm phi đm bo một liên kt n đnh, tin cy đó là nhim v khó khăn.
- Nhng giá tr tr lan truyn ln có th d dàng tăng độ phc tp ca h thng vt quá gii hn cân bằng.
- Dải tn số và môi trng truyn sóng Hình 1.2: Phổ tần số Thông tin vô tuyn bo đm vic phát thông tin đi xa nh các sóng đin từ.
- Môi trng truyn sóng (khí quyn trên mặt đt, vũ tr, nc, đôi khi là các lp đa cht ca mặt đt) là chung cho nhiu kênh thông tin vô tuyn.
- Ph tn tng cộng và min áp dng ca chúng đc ch ra ti hình 1.2.
- Các phương thức truyền lan sóng điện từ Các sóng bc x từ đim phát có th đn đc các đim thu theo nhng đng khác nhau.
- Hình 1.3: Các phương thức truyền sóng Sóng đin từ lan truyn từ anten phát đn anten thu có th theo nhiu phng thc khác nhau đc th hin trên hình 1.3.
- Độ cong ca trái đt to nên chân tri đi vi sự truyn lan sóng không gian, thng gọi là chân tri vô tuyn.
- Hình 1.4 ch ra nh hng ca độ cao anten đn chân tri vô tuyn.
- 14 Hình 1.4: Sóng không gian và chân trời vô tuyến Do đó, khong cách gia anten phát và anten thu là: 22tr t rdd d h h.
- Đặc đim dải sóng milimét Trong phn này, chúng ta s tìm hiu nhng đặc đim di sóng milimét và nhng ng dng có th đc trin khai trên di tn này.
- Một s nc đang nghiên cu thực nghim và trin khai tích cực các ng dng trên băng tn này nh Mỹ, Đc, Italy, Nht bn, Hàn quc.
- Nhng vi kh năng cung cp di băng thông rt ln di tn 30 GHz đc kì vọng s đáp ng đc nhu cu ngày một tăng v dch v tích hp tc độ cao.
- Sau đây là nhng u đim và đặc đim chính ca công ngh 30 GHz.
- Công ngh n đnh.
- Công ngh này có th s dng trong trin khai Internet tc độ cao.
- Truyn s liu, nh, d liu, âm thanh vi tc độ cao trong phm vi hẹp phù hp cho các h thng thông tin yêu cu tính bo mt cao phc v cho quân sự và an ninh quc gia.
- Một số ứng dng công nghệ sóng milimét Công ngh sóng mm cho nhiu u đim vt trội hn so vi nhng h thng thông tin hin ti.
- Một trong nhng tiêu chí quyt đnh khin cho công ngh sóng mm thu hút chú ý quan tâm trong thi gian gn đây là vic cung cp lng băng thông cha s dng rt ln.
- Trong khi có th cung cp băng thông cho mc đích băng thông rộng (UWB), thì di tn 30 GHz là di liên tc và ít b hn ch bi gii hn công sut và có rt ít ngi đang s dng.
- Kh năng cung cp băng rộng cũng nh sự linh động giúp công ngh 30 GHz tr nên hp dn cho nhng ng dng không dây tc độ gigabit.
- Tuy nhiên suy hao đng truyn ln là nhc đim ti di tn s 30 GHz, nó gii hn công sut và hot động h thng vi môi trng trong nhà và di động.
- Vì vy, nhng mc gây nhiu cho 30 GHz là ít hn so vi nhng h thng ti vùng tn s (2- 2.5 GHz), và (5 – 5.8 GHz).
- Thêm vào đó, ti tn s càng cao, vic tái s dng tn s có th thực hin ti nhng khong cách ngn trong môi trng di động.
- Kích thc nh, nhẹ ca thit b cho di tn 30 GHz cũng cho phép nhiu anten có th s dng ti phía ngi dùng điu mà rt khó thực hin vi nhng h thng tn s thp hn.
- So sánh vi h thng 5 GHz, ch s kích thc ca h thng sóng mm nh hn gn 100 ln và có th tích hp d dàng trong thit b ngi dùng, nhng s yêu cu nhng phng pháp thit k mi đ phù hp vi yêu cu ca h thng thông tin hin đi.
- Nhng đặc đim trên đây cho phép công ngh sóng milimét có th đc s dng trong nhng ng

Xem thử không khả dụng, vui lòng xem tại trang nguồn
hoặc xem Tóm tắt