Microstrip antennas

1
Microstrip antennas
2
Giới Thiệu
Hình dạng một số loại anten vi dải thường dùng
Đặc điểm của MSA
Kỹ thuật cấp nguồn cho MSA
Băng thông
Nguyên lý bức xạ
Mô hình phân tích
Độ định hướng
3
Giới Thiệu
MSA là gì?



Hình dạng thật của một loại MSA
4
Giới Thiệu
Một số dạng MSA thông dụng
5
Ưu điểm của MSA
Có khối lượng và kích thước nhỏ, bề dày mỏng.
Chi phí sản xuất thấp, dễ dàng sản xuất hàng loạt.
Có khả năng phân cực tuyến tính với các kỹ thuật cấp nguồn đơn giản.
Các đường cấp nguồn và các mạch phối hợp trở kháng có thể làm đồng thời với việc chế tạo anten.
Dễ dàng tích hợp với các MIC khác trên cùng một vật liệu nền.
6
Khuyết điểm của MSA
Băng thông hẹp
Một số MSA có độ lợi thấp.
Khả năng tích trữ công suất bé.
Hầu hết MSA đều bức xạ trong nửa không gian phía trên mặt phẳng đất.
Có bức xạ dư từ đường truyền và mối nối
7
Các kỹ thuật cấp nguồn cho MSA
Cấp nguồn bằng đường truyền vi dải





Cấp nguồn bằng Probe đồng trục

8
Các kỹ thuật cấp nguồn cho MSA
Cấp nguồn dùng phương pháp ghép gần






Cấp nguồn dùng phương pháp ghép khe
9
Băng thông
Thông thường BW được xác định trong vùng tần số mà VSWR nhỏ hơn 2 (return loss nhỏ hơn -10dB). Đối với những ứng dụng đặc biệt VSWR nhỏ hơn 1.5 (return loss nhỏ hơn -14dB.
10
Nguyên lý bức xạ
Bức xạ từ anten vi dải có thể được xác định từ phân bố trường giữa patch và mặt phẳng đất hay dưới dạng phân bố dòng điện mặt trên bề mặt của patch.
11
Các mô hình phân tích
Tại sao dùng mô hình phân tích?
Giảm bớt các chu trình thử nghiệm.
Đánh giá chính xác các ưu khuyết điểm của anten.
Cung cấp các nguyên lý hoạt động của anten vi dải.
Có 2 mô hình phổ biến nhất:
Transmision line model
Cavity model
12
Độ định hướng là một trong những thông số quan trọng nhất được cho bởi :

Công suất bức xạ:



Độ định hướng của một khe đơn:

Độ định hướng của hai khe:

Độ định hướng
13
Các dạng anten vi dải thông dụng
Rectangular Microstrip Antennas ( RMSAs)
Circular Microstrip Antennas ( CMSAs)
Semicircular Microstrip Antennas (SCMSAs)
Equilateral Triangular Microstrip Antennas ( ETMSAs)
14
Rectangular Microstrip Antennas (RMSAs)
15
Các thông số ảnh hưởng đến chất lượng của RMSA
Vị trí đặt Feed





Chiều rộng W
Bề dày h
Mặt phẳng đất giới hạn
Hằng số điện môi r
16
Circular Microstrip Antennas (CMSAs)
Tần số cộng hưởng:
Knm là phần tử thứ m của hàm Bessel bậc n, ae và e là bán kính và hằng số điện môi hiệu dụng của anten
17
Semicircular Microstrip Antennas (SCMSAs)
Mô hình tương đương về dạng RMSA
18
Equilateral Triangular Microstrip Antennas (ETMSAs)
Tần số cộng hưởng:
Se là chiều dài hiệu dụng:
19
Ví dụ MSA 3.9GHz
Các thông số ban đầu:
20
Cho
Xác định
Các bước thiết kế:
Bước 1:
Để đạt được bức xạ hiệu quả, chiều rộng của patch được tính theo công thức:


Bước 2:
Xác định hằng số điện môi hiệu dụng của anten vi dải theo công thức:


Bước 3:
Tính độ tăng chiều dài do hiệu ứng phụ theo công thức:
Ví dụ MSA 3.9GHz
21
Ví dụ MSA 3.9GHz
Bước 4:
Chiều dài thực sự của patch:


Bước 5:
Tính toán vị trí feed:
Vị trí đặt feed x (feed bằng cách dùng đường truyền vi dải)
Trong đó:


Ta lại có: Với


Mặt khác: ,

(j0(l) là hàm bessel theo l)
Với: ,

Thế các giá trị vào
22
Ví dụ MSA 3.9GHz
Bước 6:
Tính Wl :
Xác định Wl với h, εe và trở kháng đặc tính Z0 ta sử dụng các công thức sau:
Trường hợp 1:

,

Trường hợp 2:




Với

Với các bước thiết kế như trên ta đưa ra được các thông số tối ưu cho mô hình anten đã chọn như sau: L=20.8,W=26.2, Wl=2.1, x=8, Wf=0.5.
23
23
5/22/2011
24
24
5/22/2011
25
25
5/22/2011
26
26
5/22/2011
27
27
5/22/2011
28
28
5/22/2011
29
29
5/22/2011
30
30
5/22/2011
31
31
5/22/2011
32
32
5/22/2011
33
33
5/22/2011